Цифровые потенциометры от Dallas'а

Поставщик:

Анатолий Шитиков

В 5 номере журнала "Компоненты и технологии" в статье "Цифровые потенциометры" читатель мог познакомиться с приборами аналогичного названия, терминологией, которая используется при рассмотрении данного типа приборов, получить общие сведения и принципы построения электронных схем с использованием цифровых потенциометров. В этой статье будут представлены некоторые дополнительные сведения, которые могут помочь разработчикам радиоприборов при использовании цифровых потенциометров, изготовленных в Dallas Semiconductor (DS).

DS производит разнообразные, управляемые в цифровой форме, твердотельные потенциометры. Для пользователя эти потенциометры, по сравнению с обычными объемными потенциометрами, представляют преимущества по многим характеристикам: надежность, точность, размеры, современный способ управления от центрального процессора.

Рассмотрим двойной потенциометр для звукозаписи DS 1802. Блок схема потенциометра DS 1802 представлена на рис. 1.

Рис. 1. Блок-схема цифрового потенциометра DS 1802

Эти потенциометры имеют сопротивление с логарифмической характеристикой. Весь диапазон в 45 кОм разбит на 65 позиций с приращением шага в 1 dB. Для работы прибора без использования центрального процессора предусмотрено кнопочное управление. При использовании центрального процессора для позиционирования "щетки" применяется 3 - проводный последовательный интерфейс, где параметры настройки определяет 8-ми разрядное слово. Каждый потенциометр может работать независимо или в режиме стерео, когда производится единый контроль над обеими позициями "щеток" . 63 позиции "щеток" снижают уровень сигнала до - 63 dB. В 64 ой позиции происходит ослабление сигнала на уровне не менее - 90 dB.

DS 1802 имеет 4 вывода для управления кнопками. При объединении с управлением режима это позволит получить 8 функций управления от кнопок.

Приборы DS 1802 обеспечивают высокоэффективное регулирование уровня громкости и тона звукозаписи во многих применениях, где используются механические потенциометры, включая проигрыватели компакт дисков, усилители гитары, звуковые платы (карты).

Особенностью DS 1802 является способность большого числа приборов управляться от одного процессора. Для этого все приборы соединяются в цепочку, как показано на рис. 2. Примерно через 50 наносекунд после подачи управляющего бита на сдвиговый регистр через вход D, он появляется на выходе C out. Таким образом, управляющий бит поступает на информационный вход D следующего прибора. При любом количестве соединенных приборов длина управляющего слова остается равной 16 разрядам. Для циклической синхронизации данных во всей цепи приборов между выходом C out последнего DS 1802 и входом первого устанавливается резистор обратной связи величиной 2 - 10 кОм.

Рис. 2. Каскадирование нескольких приборов DS 1802

Разработчикам звуковоспроизводящей аппаратуры не достаточно тех данных, которые приводятся в технической документации. Нужны характеристики, которые можно оценить и сравнить для выбора наилучшего в данном применении прибора. Это могут быть как механические, так и цифровые потенциометры. Некоторые характеристики для сдвоенного потенциометра DS 1802 рассмотрим в этой статье.

Конфигурация испытательной схемы

Для оценки характеристик звуковоспроизведения потенциометров DS 1802 была создана схема представленная на рис. 3. Эта схема состоит из двух операционных усилителей NE5532, включенных в неинвертирующем режиме с единичным коэффициентом усиления. Входы этих буферов соединены с каждой "щеткой" DS1802.

Рис. 3. Испытательная схема для измерения характеристик DS 1802

Для минимизации постороннего шума на результаты измерения на всех входах и выходах использовался экранированный кабель. Все земляные шины были соединены в общую точку. Источники питания были подсоединены к земле через шунтирующие емкости 10 µF. Причем, DS 1802 и NE5532 были запитаны от отдельных источников питания.

Собранную схему установили внутри металлической коробки чтобы обеспечить дополнительную защиту от случайного шума внешних источников типа компьютерных мониторов, ламп и пр. Для вводов и выводов в испытательном оборудовании использовались соединители байонетного типа.

Для измерения характеристик использовался аудиоанализатор "Audio Precision - System One A" под управлением персонального компьютера. Этим оборудованием было обеспечено измерение полного коэффициента гармоник + шум (TDH + N), интермодуляционные искажения (IMD), перекрестных помех, абсолютной погрешности и соответствие внутренних каналов.

Абсолютная погрешность

Абсолютная погрешность определяется как разность между ожидаемым напряжением и измеренным напряжением выхода в данной позиции "щетки". По техническим условиям DS 1802 должен обеспечить абсолютный допуск ± 0,5 dB во всем диапазоне позиционирования "щетки". Испытывалось 5 приборов. В любой точке позиционирования "щеток"абсолютная погрешность в этих испытаниях не превысила - 0,2 dB, что хорошо согласуется с пределами, указанными в документации.

Межканальное соответствие

В DS 1802 имеется два потенциометра. Межканальное соответствие определяется как разность между одинаковыми позициями "щетки" потенциометра 0 и потенциометра 1. Например, "щетка" на позиции 15 потенциометра 0 и потенциометра 1 должна давать показания сигнала, который по спецификации на DS 1802 не должен быть более ± 0, 25 dB. Измерения показали, что межканальное соответствие находится в пределах ± 0,05 dB, что является хорошим подтверждением пределов по спецификации.

Полный коэффициент гармоник + шум.

Полный коэффициент гармоник + шум (THD + N) как функция частоты представлен на рис. 4, 5, 6. На рис. 4 показан результат для сигнала, ограниченного полосой 80 кБц, не имеющего дополнительной фильтрации. На рис. 5 представлен результат для сигнала, ограниченного полосой 30 кБц, и включают составляющую от А - весового фильтра. На рис. 6 показан результат для входного сигнала, ограниченного полосой 22 кБц и включает составляющую от А - весового фильтра. Результаты получены при 5 -ти вольтовом источнике питания, входном сигнале 1 Вольт (среднеквадратическое значение) и при "щетке", установленной в 6-ой позиции (-6 dB ослабления). Установка "щетки"в позицию 6 предусматривает самый плохой результат проверки % THD + N.

Рис. 4. Зависимость THD+N от частоты при ограничении полосы 80 кГц

Рис. 5. Зависимость THD+N от частоты при ограничении полосы на 30 кГц

Рис. 6. Зависимость THD+N от частоты при ограничении полосы на 22 кГц

А - весовой фильтр является специфическим шумом фильтра нагрузки, используемый для получения шума, который согласовывается с ощущениями человека в диапазоне звуковой частоты (см. материалы Американского национального института стандартов ANSI S 1.4 и рекомендацию 179 Международной электротехнической комиссии IEC).