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Un’interessante variazione sul tema dei convertitori digitale-analogici (DAC) è il potenziometro digitale (DPOT). Oltre a essere in grado di emettere una tensione proporzionale a un valore digitale quando utilizzato come DAC moltiplicatore (MDAC), il DPOT può anche funzionare come un resistore programmato digitalmente (reostato). Se utilizzato in questo modo, un parametro importante che a volte limita la precisione del DPOT è la resistenza del tergicristallo: Rw.
Naturalmente, essendo dispositivi a stato solido, a differenza dei potenziometri elettromeccanici, i DPOT non hanno un elemento di resistenza fisica su cui scorre un vero e proprio tergicristallo. Ciò che il loro “Rw” comprende realmente sono le resistenze ON della serie di interruttori FET che selezionano la presa desiderata sulla scala dei resistori interni (26 + 1 = 65 rubinetti per un piatto da 6 bit, 27 + 1 = 129 per 7 bit, 28 + 1 = 257 per 8, ecc.). Rw appare effettivamente in serie alla resistenza selezionata in modo che se:
Rab = resistenza totale della scala del resistore = 5k (tipico) per DPOT esemplare (MCP4161-502)
N = impostazione della selezione della presa ladder (0 <= N <= 256 per l'esempio a 8 bit)
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Quindi in un mondo ideale (dove tutti Rw = 0), la resistenza risultante sarebbe semplicemente:
Grezzo = Arbe (N/256)
Sfortunatamente, nel mondo dei DPOT reali, Rw > 0. Di conseguenza:
Grezzo = Rab N/256 + Rw
Per l’esempio DPOT a 8 bit 5k, Rw = 75 ohm (tipico, 160 max), impostando a:
minimo (N = 0) Rab = 75/5000*256 = ~4lsb (tipico) 8lsb (max)
Non essere in grado di impostare Rab < 75 ohm per N = 0 può già essere problematico per molte applicazioni, ma gli effetti negativi di Rw > 0 si estendono ad altri N. Ad esempio, il Rab ladder tempco della serie MCP41 è un eccellente 50 ppm/oC (tipico), ma il tempco di Rw è peggiore di ordini di grandezza a ~3000 ppm/oC. Pertanto, Rw domina il tempco netto per qualsiasi N < 230.
Basti dire che la cancellazione di Rw apporterebbe miglioramenti utili alle prestazioni DPOT in molte applicazioni di precisione. Figura 1la topologia di fa questo. Ecco come funziona.
Figura 1 L’amplificatore operazionale A1 guida attivamente il terminale tergicristallo U1 del potenziometro digitale P0W per forzare Vpob = Vb assorbendo corrente trascurabile attraverso la resistenza Rwb, annullando così l’effetto di Rw.
Le connessioni dell’ingresso (+) di A1 alla tensione di riferimento Vb (tipicamente, ma non necessariamente, terra), dell’ingresso (-) al pin P0B di U1 e della sua uscita al pin P0W di U1 stabiliscono un circuito di feedback che forza Vpob = Vb indipendentemente da Rw . Questo, come pubblicizzato, cancella gli effetti Rw.
Il condensatore di compensazione C1 probabilmente non è assolutamente necessario per la selezione delle parti mostrata nella Figura 1 per A1 e U1, ma se si scegliesse un amplificatore A1 più veloce o un Dpot con resistenza Rab più elevata, probabilmente lo sarebbe.
Il rapporto di Stephen Woodward con la rubrica DI dell’EDN risale a molto tempo fa. Dal suo primo contributo nel 1974 sono state accettate oltre 100 proposte.
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Il post-amplificatore operazionale elimina la resistenza del tergicristallo DPOT è apparso per la prima volta su EDN.
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