利用數字電位器實現電壓-電阻轉換

在工業控制和偏置調節電路中有時需要將電壓轉換成電阻，這一過程在具體實施時有一定的難度。圖1所示電路利用兩路數字電位器提供了一個簡單的轉換方案。


圖1. 利用兩路相同的數字電位器實現電壓-電阻轉換

數字電位器U1和比較器U3構成數字式跟蹤-保持電路，U1通過調節其內部分壓比來保證VWIPER跟蹤VIN。這樣，滑動電阻將與VIN成正比。由于U1和U2的數字輸入是連接在一起的，因此U2的滑動端位置與U1相同，對應端之間的電阻也相同。從而可得到與VIN成正比的電阻，從而實現了電壓至電阻的轉換。

數字式跟蹤-保持電路的工作過程如下所述。為跟蹤VIN，在每一個時鐘脈沖到達時，U1的滑動端位置(中心抽頭)會向上或向下移動。比較器U3對模擬輸入(VIN)和滑動端電壓(VWIPER)進行比較。如果VIN > VWIPER，比較器輸出邏輯高電平，并使滑動端位置向上移動，VWIPER增大。VWIPER將保持遞增狀態，直到其大于VIN為止；然后，比較器輸出翻轉為低電平，控制滑動端向下移動。對應每個時鐘周期，滑動端將根據需要向上或向下移動，以跟蹤VIN。分壓器的參考輸入(VH和VL)決定輸入電壓的范圍；如果VIN在0V至5V (直流)之間，則使VL = GND、VH = 5V (直流)。

由于U1和U2相同并且它們的數字輸入連接在一起，因此它們的滑動端位置也相同。LOCK輸入置為低電平時，輸出電阻將隨著VIN而改變；LOCK置為高電平時，將保持阻值不變。

可以將LOCK始終接地，但這種情況下，即使VIN保持恒定，輸出電阻也會在兩個相鄰狀態之間連續轉換。例如，如果電位器的端到端電阻為10kΩ，當滑動端電阻設置在5kΩ時，輸出電阻將隨時鐘在5kΩ和5.3125kΩ之間轉換。如果需要，可以在滑動端輸出接一個電容，濾除電阻變化的影響。可以采用100Hz至10kHz的時鐘頻率。

輸出電阻并非實時跟隨VIN變化，而是需要經過若干時鐘周期之后才達到終值。時鐘數(最多32個)取決于滑動端的初始位置和輸入電壓。

如果需要更高的分辨率，可以用6位或8位數字電位器替代圖中的5位器件。注意，MAX5160上電復位時將滑動端設置在中心位置，從而可使兩路數字電位器同步至相同的電阻。需選用上電時具有確定狀態的數字電位器。

該設計思想還發表在2004年6月7日出版的Electronic Design上。