基于X9241數(shù)字電位器的可控增益放大器

　1 引言

　　X9241是把4個E2POT數(shù)字電位器集成在單片CMOS集成電路上的一種數(shù)字電位器，其功能框圖如圖1所示，其中包含4個電阻陣列，每個陣列包含63個電阻單元，在每個單元之間和兩個端點都有可以被滑動單元訪問的抽頭點?；瑒訂卧陉嚵兄械奈恢糜捎脩敉ㄟ^I2C總線控制，每個電阻陣列與1個滑動端計數(shù)寄存器(WCR)和4個8位數(shù)據(jù)寄存器相聯(lián)系，4個數(shù)據(jù)寄存器可由用戶讀寫，滑動端計數(shù)寄存器的內容控制滑動端在電阻陣列中的位置。數(shù)據(jù)寄存器的內容可以傳輸?shù)交瑒佣擞嫈?shù)寄存器以設置滑動端位置，當前滑動端的位置也可以傳輸?shù)饺魏闻c之聯(lián)系的數(shù)據(jù)寄存器中?；瑒佣擞嫈?shù)寄存器是易失性的，器件上電時，滑動端計數(shù)寄存器自動裝入數(shù)據(jù)寄存器R0的值。4個數(shù)據(jù)寄存器是非易失性的，如果在應用中不需要對電位器進行多種設置，則可作為通用存儲單元保存系統(tǒng)參數(shù)或用戶數(shù)據(jù)。X9241型號有Y，W，U和M后綴，表示內部電位器的不同組成，其中X9241M內部的4個電位器阻值分別為2 kΩ，10 kΩ，10 kΩ和50 kΩ。使用X9241數(shù)字電位器能方便地實現(xiàn)可控增益放大器的設計。

　　2 可控增益放大器的設計

　　方案一：采用A／D／A+DSP構成的數(shù)字信號處理系統(tǒng)來實現(xiàn)，該方案的系統(tǒng)組成復雜、成本較高。

　　方案二：采用可編程放大器，由于采用專用芯片，增益控制受限于芯片所提供的能力，靈活性差，其成本也較高。

　方案三：眾所周知，放大器的增益與電阻有關，改變相應電阻的阻值就可改變放大器的增益，由于采用改變電阻來控制放大器增益的方案具有概念清晰、電路組成簡單、實現(xiàn)容易、成本低廉，可較好地滿足實際要求，通常采用該方案，具體實現(xiàn)方法又有以下幾種：

　　(1)通過小型繼電器切換不同阻值的固定電阻來改變電阻，各固定電阻是經(jīng)理論計算并經(jīng)調試后確定的。

　　(2)采用電阻型光耦合器(如AD521L／H等)，通過控制其發(fā)光管電流實現(xiàn)電阻阻值的改變。

　　(3)采用數(shù)字電位器(如X9312，X9241等)，通過軟件控制寫入到電位器相關寄存器的數(shù)值來改變電阻阻值。

　　采用小型繼電器的方法僅適用于所控制的電阻較少的情形，當要求控制的增益種類總數(shù)較多時，便形成了繼電器陣列，使得電路結構龐大，其控制的可靠性也大大降低。另外，繼電器切換過程中也難免會對其他電路產生干擾。

　　電阻型光耦合器具有較好的隔離效果，但須配合D／A轉換電路以及放大電路才能工作，其電路構成復雜、成本較高。另外，電阻型光耦合器發(fā)光二極管電流和其電阻值呈非線性關系，這又使控制難度加大。

　　第(3)種方法采用數(shù)字電位器，具有電路結構簡單、使用方便等優(yōu)點，只要所選用的數(shù)字電位器有足夠高的分辨率，即可滿足對增益控制的要求?？蛇x用X9241M數(shù)字電位器，其內部有4個電位器，具有三種阻值，每個電位器的分辨力達1／63，芯片控制采用I2C總線，對于不同的電壓增益可選用不同阻值的電位器，并通過改變該電位器滑動端計數(shù)寄存器的數(shù)值來改變滑動端相對于固定端的電阻值，從而實現(xiàn)增益的調整。

　　3 基于X9241的可控增益放大器實現(xiàn)

　　現(xiàn)以電流傳感器自動量程變換中的顯示電路部分為例，介紹利用X9241實現(xiàn)的可控增益放大器。設傳感器量程為：100 A，300 A和500 A，無論傳感器處于任何量程，其滿度輸出電流均為100 mA，I／V轉換采用的電阻為5 Ω，其輸出VM在滿度時的電壓均為0.5 V，為了用數(shù)字電壓表(三位半，2 V量程)正確顯示被測電流的大小，僅利用數(shù)字電壓表的三位，則需要增加如圖2所示的放大電路，相應的放大倍數(shù)分別為：0.2，0.6和1倍，第一級放大器的反饋電阻應分別為：0.2 kΩ，0.6 kΩ和10 kΩ。