程控電阻

程控電阻(Programmable resistor)，即阻值可以通過程序進(jìn)行設(shè)置的電阻器。在電路中的特性與普通的電阻器件一致，區(qū)別僅在于阻值可以隨時(shí)通過程序改變。在實(shí)際應(yīng)用中，其它類型的可以改變阻值的電阻器件還有很多種，如滑動(dòng)變阻器、電阻箱等。但是程控電阻普遍具有精度高、阻值范圍大、阻值調(diào)整快的優(yōu)點(diǎn)，在傳感器仿真、信號(hào)調(diào)理等應(yīng)用中是不可替代的儀器類型。

此外，在很多板級(jí)電路中還存在一種集成電路形式的數(shù)字電位器，也可以在一定精度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)類似程控電阻的功能，這里暫不做進(jìn)一步分析。

雖然程控電阻的種類較多，但是每一種具體產(chǎn)品都有其適用的場(chǎng)景，在少數(shù)情況下，如果電阻通道的可用阻值上限或下限不適合，一般有3種方法可以突破產(chǎn)品自身的限制：

換用更匹配的產(chǎn)品

按需訂制產(chǎn)品

也可以在一定條件下，不改變現(xiàn)有產(chǎn)品，通過技術(shù)手段彌補(bǔ)不足

請(qǐng)注意本文的討論對(duì)象是以Pickering的標(biāo)準(zhǔn)精度產(chǎn)品如40-290,40-295等產(chǎn)品系列，不包含高精度產(chǎn)品系列。

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程控電阻阻值的上限

程控電阻的經(jīng)典電路結(jié)構(gòu)如圖所示：

一般情況下，電阻鏈中的每個(gè)電阻器的阻值按倍增排列，通過與各電阻器并聯(lián)的開關(guān)通斷的組合，可以組合輸出各種阻值。

例如，一個(gè)包含3個(gè)電阻器的電阻鏈，每個(gè)電阻器的阻值分別為1,2,4歐姆。則整個(gè)電阻鏈可以通過開關(guān)狀態(tài)的組合形成0~7歐姆，步進(jìn)為1歐姆的8種阻值。

如果在上面的電阻鏈中再增加一個(gè)8歐姆電阻器和開關(guān)，構(gòu)成4位的電阻鏈，則全鏈的輸出電阻值上限可以達(dá)到15歐姆，同理類推可以構(gòu)成更長(zhǎng)的電阻鏈，獲得更大的阻值范圍。

在實(shí)際的產(chǎn)品中，電阻鏈中還有一個(gè)附加的偏置電阻器，可以形成阻值的整體偏移。

因而整個(gè)電阻鏈可以輸出的阻值點(diǎn)由以下參數(shù)共同決定：

Roffset：偏置電阻

R1~Rn：每位的定值電阻，Rm=2*Rm-1

RRL：繼電器觸點(diǎn)的導(dǎo)通電阻，大部分場(chǎng)景中可忽略

在忽略繼電器電阻的情況下，

輸出阻值Rout=Roffset+(R1~Rn組合)，組合可構(gòu)成0，R1，2*R1，3*R1，……

最大阻值Rmax=Roffset+R1*(2n-1)

最小阻值Rmin=Roffset

分辨力Rresolution=R1

對(duì)于大部分現(xiàn)有貨架產(chǎn)品，Roffset=0，R1=1歐姆。根據(jù)以上公式可簡(jiǎn)單獲得：

8位電阻通道阻值范圍是0~255歐姆

16位可輸出0~65,535歐姆(64K-1)

24位可輸出16,777,215歐姆(16M-1)

分辨力均為1歐姆

(上圖Roffset=0時(shí)輸出阻值為252歐姆)

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程控電阻阻值的下限

大部分程控電阻產(chǎn)品所標(biāo)稱的輸出阻值下限為0歐姆，但受到繼電器導(dǎo)通電阻，電路結(jié)構(gòu)，板卡內(nèi)部線路電阻，以及環(huán)境因素的共同作用，其能夠?qū)嶋H輸出的電阻下限是不確定的。一般認(rèn)為，8位/12位/16位/24位產(chǎn)品實(shí)際輸出阻值的下限(設(shè)置輸出為0時(shí))，典型值分別為1歐姆/1.5Ω/2歐姆/3歐姆，實(shí)測(cè)各自在50%~200%范圍內(nèi)都是允許的。例如24位產(chǎn)品設(shè)置輸出0歐姆，實(shí)際輸出1~6歐姆均屬于合格。

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突破貨架產(chǎn)品阻值邊界的方法

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)精度產(chǎn)品，有若干種突破通道阻值上限的方法，這里簡(jiǎn)要概括：

1. 最簡(jiǎn)單的方法，如果所需的阻值上限R≤2*Rmax，即所需阻值≤2倍單個(gè)通道的最大電阻，可以將2個(gè)輸出通道串聯(lián)即可。

2. 如果所需的分辨力較低，輸出阻值上限要求較高，可以訂制產(chǎn)品，調(diào)整分辨力(即調(diào)整阻值的步長(zhǎng))增大的倍數(shù)，相應(yīng)的阻值范圍也會(huì)提高相應(yīng)的倍數(shù)。例如，訂制分辨力10歐姆的產(chǎn)品，可以把24位輸出通道的上限從16M歐姆提高到160M歐姆。這種方式需要提前與Pickering確認(rèn)是否能夠采購(gòu)到合適的電阻器件完成訂制，以及當(dāng)輸出電阻高到一定程度后，如100M歐姆~1G歐姆甚至更高，PCB自身的絕緣性能也會(huì)產(chǎn)生比較明顯的影響，所以阻值上限不能無限提高。

(上圖調(diào)整電阻器阻值后，分辨力從1變成10歐姆，

最大阻值從255變成2550歐姆)

3. 如果所需的阻值上限高，但是調(diào)整范圍不大，可以考慮在標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品之上訂制安裝一定的偏置電阻。例如，需要在2.4M歐姆~2.45M歐姆范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，可以在40-295-121-10/16 (10通道0~65K歐姆)基礎(chǔ)上，增加2.4M歐姆偏置電阻，構(gòu)成2.4M~2.465M歐姆的產(chǎn)品。該方案相比于采用24位(16M歐姆)通道的方案，單個(gè)模塊的通道密度更高。(10 vs 6)

標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的通道阻值下限一般不用過多考慮，一則因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)精度產(chǎn)品在低阻值端誤差較大，一般不用于做高精度的測(cè)試。二則輸出準(zhǔn)確的低阻值不僅需要產(chǎn)品本身性能，還需要考慮外部接線因素。所以一般僅在使用高精度程控電阻產(chǎn)品時(shí)需要認(rèn)真設(shè)計(jì)。因此，我們會(huì)在下一篇中介紹高精度程控電阻產(chǎn)品以及討論延伸高精度電阻低阻值端的方法。

編輯：黃飛

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