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デジタルポテンショメータ：原則、精密制御、および回路統合

デジタルポテンショメータは、コンパクトで耐久性のある形式で正確でプログラム可能な抵抗を提供することにより、アナログ信号制御に革命をもたらしました。機械バージョンとは異なり、それらは振動、汚染、温度変化の下で安定した性能を提供します。つまり、最新の自動システムの場合です。プログラム可能な発振器に統合されたこれらは、手動調整、合理化、および信号の忠実度の向上なしでリアルタイムの周波数調整を可能にします。SPI/I²Cインターフェイスを使用すると、DigiPotsは組み込みシステムをデジタル的にアナログの動作を管理できるようにし、従来の抵抗器ネットワークとインテリジェントな適応回路設計の間のギャップを埋めます。

カタログ

1。ポテンショメータのコア理解

2。デジタルポテンショメータを使用してプログラム可能な発振器を構築します

3。デジタル間コンバーターとの対照的なデジタルポテンショメーター

ポテンショメータのコア理解

ポテンショメータは補償の概念に基づいて動作し、測定された電圧と既知の電圧との相互作用を精度で調和させることができます。これらの機器は、ACタイプとDCタイプに分化し、電圧、電流、抵抗の測定を促進します。特に、ACバリアントは磁気も評価します。デジタルポテンショメータは、数値制御メカニズムのために際立っており、適応可能な使用状況、微調整の精度、非接触操作、騒音の減少、汚染と振動に対する回復力、最小限の干渉などの利点を提供します。

多くの場合、デジタルポテンショメータにはバスインターフェイスが装備されているため、マイクロコントローラーまたはロジック回路を介してプログラマ性が可能になります。この適応性により、以下のような多数のプログラム可能なアナログデバイスで形をとることができます。

- プログラム可能なゲインアンプ

- プログラム可能なフィルター

- プログラム可能な線形安定化された電源

- トーンおよびボリュームコントロール回路

この機能は、バスシステムを介したマイクロコントローラーによるアナログ関数の制御を意味する「アナログデバイスをバスに置く」というフレーズにカプセル化されています。機械的ポテンショメータとの類似点は、共有された原則にあり、デジタルの原則は統合された3末端可変抵抗デバイスの一部を形成します。このフレームワーク内で、電圧分割の役割は、それぞれVH、VL、およびVWによって高、低、およびスライディングの端としてマークされています。一方、RH、RL、およびRWは、調整可能な抵抗アプリケーションの同等物を示します。

ポテンショメータのデジタル制御構成は、4つの重要なデジタル回路モジュールで構成されています。

- 上/ダウンカウンター

- デコード回路

- 制御回路を保存して復元します

- 不揮発性メモリ

シリアル入力と並列出力のアップ/ダウンカウンターは、入力パルスと信号を介して動的に調整し、蓄積されたデータをデコード回路に供給し、スイッチアレイの管理、内部メモリの更新を介して動的に調整します。外部カウントパルスまたはチップ選択信号が停止すると、1つのMOSチューブのみがアクティブになり、合理化された機能が確保されます。

停電を経験した後、不揮発性メモリは設定を保持します。電力回復時に、デジタルポテンショメータは以前の制御データを覚えており、抵抗設定を維持します。しかし、入力数の変動中は、「接続第一からディスコネクト」のスイッチ方法により、抵抗は予想される値から微調整が終わるまで変化する可能性があることに注意することが重要です。したがって、その明確な属性を紹介しながら、機械的ポテンショメータのパフォーマンスに合わせます。

デジタルポテンショメータを使用してプログラム可能な発振器を構築します

デジタルポテンショメータ（デジポット）は、信号フィルタリングまたはAC信号生成によく使用される柔軟なコンポーネントです。実際の回路開発では、システム要件に基づいて振動周波数を動的に調整する必要がある状況に遭遇することが一般的です。これが発生すると、プログラム可能な周波数制御メカニズムが不可欠になります。特に、抵抗器を物理的に調整することなく、設計をリアルタイムで更新または調整する必要がある場合。

回路設計の概要

発振器は、ダイオード安定化Wien Bridgeトポロジに基づいており、約10 kHzから200 kHzまでのきれいな正弦波を生成できます。この設計では、AD5142チップから2つのデジタルポテンショメータを従来の固定抵抗器に置き換えます。AD5142は、256の抵抗ステップを備えた2つの独立したプログラム可能なチャネルを備えており、SPIを介して制御されています。I²C互換バージョン、AD5142Aも適しています。どちらのオプションも10kΩおよび100kΩの範囲をサポートしています。

回路は、安定した正弦波を生成するために重要なレール間の性能と低い歪みを提供するADA4610-1 Precision Op-ampを使用します。2つのコンポーネントがフィードバックループを形成します。

正のフィードバックループは、R1A、R1B、C1、およびC2で構成されています。

負のフィードバックループは、R2A、R2B、および2つのダイオード（D1およびD2）で構成されています。

これらのフィードバックパスは、振動挙動を決定するものです。周波数は主にR1aとR1bの抵抗に依存し、振幅の安定性はダイオードベースのループによって調節されます。

周波数計算と実用的なセットアップ

振動頻度（f）はこの式に従います。

f = 1 /（2πrc）

ここで、RはAD5142チャネルの有効なプログラム可能な抵抗を表し、Cはカップリングコンデンサの値です（通常、C1とC2と同一）。

デジタル制御プロセスでは、AD5142にデジタルコードを送信することにより抵抗が調整されます。抵抗の式は次のとおりです。

r =（d / 256）×rab

ここでは、Dはデジタル入力値（0〜255）であり、RABは総抵抗範囲（選択に応じて10kΩまたは100kΩ）です。

実践的なチューニング中に、周波数計算を正確に保つために、R1aとR1bを正確に一致させることが重要です。不一致は、振動に歪みや不安定性を導入する可能性があります。

振幅の安定性の管理

ゲイン条件（R2 /R1≥2）が満たされると、振動が開始されます。当初、これはアンプをわずかにオーバードライブすることで実現できますが、信号が増加するにつれて、負のフィードバックループのダイオードが交互に導通し始めます。これにより、ゲインがクランプされ、振幅が安定します。

振幅は、R2、特にダイオードの順方向電圧と電流特性と組み合わせて機能するR2、特にR2Bを調整することで微調整できます。ターゲットは、波形を切り取らずに安定したピーク出力を達成することです。

R2Bが低すぎると設定されている場合（たとえば、短絡）、出力は±0.6 V前後で安定します。高すぎると、振動が減少または完全に停止する可能性があります。これを少しずつ調整します。特に100kΩのデジポットを使用する場合は、オシロスコープの波形形状と振幅の両方をリアルタイムで観察することを要求します。

結果と周波数精度の例

10kΩのデュアルチャネルデジポットを使用して、3つの異なる周波数が生成されました。

KHZ（抵抗：8kΩ）

KHZ（抵抗：4kΩ）

102 kHz（抵抗：670Ω）

3つの周波数はすべて、±3％以内のエラーマージンを示しました。ただし、200 kHzなどの高い周波数では、デジタルポテンショメータの内部帯域幅の制限により、エラーは約6％に上昇しました。

テスト中、DigiPotの内部帯域幅、特に低抵抗設定では、信号の完全性を分解できることが明らかになりました。コンポーネントの選択を完了する前に、データシートの帯域幅と抵抗曲線を常に参照してください。

同期の課題とデイジーチェーン

2つの個別のデジタルチャネル（R1aとR1bの場合）を使用することの1つの課題は、同時更新サポートがないことです。両方の抵抗器が一度に変化しなければならない場合、シーケンシャルプログラミングは一時的な不均衡を引き起こし、その結果、瞬間的な周波数ドリフトまたはグリッチが生じる可能性があります。

これを回避するには、AD5204などのデイジーチェーン機能を備えたデジタルポテンショメータを使用することを検討してください。これにより、両方の抵抗値を単一のクロックサイクルで更新し、中間の不安定な状態を回避できます。この機能は、周波数ジャンプが滑らかで緊密に制御されなければならないアプリケーションで特に役立ちます。

デジタルポテンショメーターとデジタル間コンバーターと対照的です

アナログ出力のデジタルオーケストレーションに関しては、2つの主要な機器がツールボックスで役割を果たします。デジタルポテンショメーターとデジタルアナログコンバーター（DAC）です。どちらもアナログ信号で踊るデジタルチャームを活用し、微妙なコントロールと操作を可能にします。デジタルポテンショメータを使用すると、心臓のコンテンツにアナログ電圧を微調整し、DACは電流と電圧の両方を調整するためにゲートを開いています。

デジタルポテンショメータには、アナログ接続のトリプレットがあります。ポジティブピン、中央のピン（アナログ出力）、およびグランドピン - 電流の流れを導く必需品。必要な接続の独自のセットを備えたDACSは、正の基準電圧、DAC出力に対応する中央のピン、およびグランド自体または負の基準電圧端とアライメントできるグランドピンに合わせた正のピンを誇っています。

D/Aコンバーター

DACは、抵抗器ストリング構造またはR-2Rラダーアーキテクチャのいずれかを鎧として着用します。抵抗器の文字列を使用すると、DAC入力はスイッチの交響曲を行い、参照電圧を慎重に一致する抵抗器の配列を介して分割します。R-2R構成では、正の基準電圧がスイッチ制御抵抗器を介してダンスして電流を生成し、出力アンプとの採用を見つけ、電圧出力に変換します。

DACを手に持っているデザイナーは、シリアル/パラレルポート、解像度、入力チャネルのスペクトル、財務支出など、詳細に詳しく説明する必要があります。迅速に飢えているシステムは、平行したインターフェイスに傾く可能性があります。コスト意識または宇宙に挑戦したシナリオは、3線または2線のシリアルポートを必要とする可能性があり、PINカウントが大幅に削減され、前者は最大26 MHzの通信でダンスをし、後者は3.4 MHzでビートを保持します。BITで定義されたDACの解像度ワルツは、BITSで定義されています。18ビットの例では、各LSBがロボットシステムやエンジンシステムなどの産業コントロールに不可欠な繊細な9.54μV制御を提供します。ただし、デジタルポテンショメータは、1024ステップで10ビットで最大になります。アーキテクチャといえば、DACは単一のチップ内にマルチプレクサをホストできます。それぞれ16ビットハーモニーで歌う32のDACでMax5733を見てください。DS3930で代表される6チャンネルをキャップするデジタルポテンショメータとは対照的です。

柔軟性は、DACが電流を供給または沈めるため、最高の支配を統治します。MAX5550のアンプ、PチャネルMOSFET、およびプルアップ抵抗器により、最大30mAの出力ドライブが可能になります。MAX5547は、内部アンプ、NチャンネルMOSFET、およびプルダウン抵抗を介して3.6 MAシンキングの可能性を提供します。補助出力エンチャントの場合、一部のDACはスイートに外部アンプを招待します。組み込みのアンプは通常、DACコストを膨らませますが、新しいDACSがスリムダウンすると、金融の割れ目が徐々に狭くなっています。

デジタルポテンショメータ

デジタルポテンショメータは、デジタル入力マジックを介して抵抗を形作ります。図の3末端のデジタル抵抗器は、固定エンドツーエンド抵抗を備えた調整可能な電圧分割器に再構築されます。2末端可変抵抗器として構成可能このツールは、中央のタップを接続して、高端または低端または延長を喜んで浮かびます。DACSとは異なり、ポテンショメータはH端子を頂点またはベース電圧端子のいずれかに直接接続します。

デジタルポテンショメータを選択する場合、線形対数調整を精査し、タップ、タップレベル、非揮発性メモリ、金融の側面、およびインクリメント/デクリメント、ボタン、SPI、およびI2Cを特徴とする制御インターフェイスの数を精査します。デジタルポテンショメータは、I2CやSPIなどのシリアルポートを介して送信され、DACの動作をミラーリングし、2線式増分/減少制御を提供します。内部アンプはD/Aコンバーターを際立たせ、低インピーダンスの駆動役割でその魅力を改良します。

DAC/ポテンショメーターの選択

多数のアプリケーション内で、DACとポテンショメーターの選択は明らかです。モーター制御システム、センサー、ロボットは、しばしば高解像度の魅力にDACを切望しています。ベースステーションやメーターなどの高速ドメインは、速度と精度のために並列インターフェイスを備えたDACに憧れます。一方、ポテンショメータは、線形エレガンスを介してアンプアンプフィードバックネットワークをクラフトするのに優れており、対数ポテンショメータを使用した完全なボリューム調整を求めています。

しかし、課題はしばしば発生し、決定は不確実性で曇っています。今日のアプリケーションは、DACとデジタルポテンショメータのアライメントの間であいまいに揺れ動きます。MAX1553 LEDドライバーの制御は、このジレンマを深くし、LED電流はBRT入力DC電圧と電流センス抵抗によって揺れています。どちらの選択も、このアンサンブルを調和させる可能性があります。