AD5243/AD5248是双,256位,I2C兼容数字电位计

元器件信息   2022-11-22 09:19   515   0  

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特征

2通道256位电位计;端到端电阻:2.5 kΩ、10 kΩ、50 kΩ和100 kΩ紧凑型10引线MSOP(3 mm×4.9 mm)封装;快速沉降时间:通电时通常为tS=5微秒;雨刮器寄存器的完全读/写;打开预设到中刻度的电源;额外的包地址解码管脚:仅AD0和AD1)(AD5248O);在工厂编程应用中,计算机软件取代微控制器单电源:2.7 V至5.5 V;低温系数:35ppm/℃;低功耗:最大IDD=6微安;宽工作温度:可提供-40°C至+125°C评估板。

应用

系统校准;电子水平设置;新设计中机械裁切机的更换;永久性工厂印刷电路板(PCB)设置;压力、温度、位置、化学和光学传感器的传感器调整;射频放大器偏压;增益控制和偏移调整。

一般说明

AD5243和AD5248为双256位置调整应用提供了紧凑的3 mm×4.9 mm封装解决方案。AD5243执行与3端机械电位计相同的电子调整功能,AD5248执行与2端可变电阻器相同的调整功能。有四个端到端电阻值(2.5 kΩ、10 kΩ、50 kΩ和100 kΩ),这些低温系数装置是高精度和稳定性可变电阻调整的理想选择。通过与IC兼容的数字接口可控制雨刮器设置。AD5248具有额外的包地址解码管脚AD0和AD1,允许多个部件在PCB上共享同一IC、2线总线。雨刮器与固定端之间的电阻随传输的数字码线性变化进入RDAC闩锁。(数字电位计、VR和RDAC等术语可以互换使用。)

从2.7伏到5.5伏的电源工作,耗电量小于6微安,允许AD5243/AD5248用于便携式电池供电的应用。

对于在工厂编程AD5243/AD5248的应用程序,Analog Devices,Inc.提供在Windows®NT/2000/XP操作系统上运行的设备编程软件。该软件有效地替代了对外部IC控制器的需求,从而提高了系统的上市时间。提供AD5243/AD5248评估工具包和软件。该套件包括电缆和使用手册。

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典型性能特征

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测试电路

图30到图36说明了定义产品规格表中使用的测试条件的测试电路(见表1和表2)。

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操作理论

AD5243/AD5248是256位数字控制可变电阻(VR)器件。

内置的通电预设在通电时将雨刮器置于中刻度,这简化了通电时的故障状态恢复。

可变电阻和电压编程

变阻器操作

端子A和端子B之间的RDAC的标称电阻分别为2.5 kΩ、10 kΩ、50 kΩ和100 kΩ。VR的标称电阻(R)有256个接触点,由刮水器端子和B端子接触。RDAC锁存器中的8位数据被解码以选择256个可能设置中的一个。

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假设使用10 kΩ部件,则数据0x00的第一个雨刮器连接从B端子开始。因为有一个160Ω的雨刮器接触电阻,这样的连接在端子W和端子B之间产生最小320Ω(2×160Ω)的电阻。第二个连接是第一个抽头点,对应于数据0x01的359Ω(R=R/256+2×R=39Ω+2×160Ω)。第三个连接是下一个抽头点,表示数据0x02为398Ω(2×39Ω+2×160Ω),以此类推。每增加一个LSB数据值,雨刮器向上移动电阻梯,直到最后一个抽头点达到10281Ω(R+2×R)。

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确定W和B之间数字编程输出电阻的一般公式是:

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其中:D是在8位RDAC寄存器;RAB是端到端的阻力;RW是由内部开关。

综上所述,如果RAB为10 kΩ且A端子开路,以下输出电阻RWB设置为RDAC锁存代码。

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注意,在零刻度条件下,存在320Ω的有限雨刮电阻。在这种状态下,应注意将W和B之间的电流限制在不超过20毫安的最大脉冲电流。否则,可能会导致内部开关触点退化或损坏。

与机械电位器类似,雨刮器W和端子A之间的RDAC电阻也产生数字控制的互补电阻R。使用这些端子时,B端子可以打开。设置R的电阻值从电阻的最大值开始,并随着锁存器中加载的数据值的增加而减小。这个操作的一般方程式是:

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当R为10 kΩ且B端子开路时,输出电阻R根据RDAC锁存码进行设置,如表8所示。

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典型的设备对设备匹配取决于工艺批次,其变化可能高达±30%。由于电阻元件是用薄膜技术加工的,因此R随温度的变化具有很低的温度系数35ppm/℃。

对电位计分压器编程

电压输出操作

数字电位器很容易在雨刮器到B和雨刮器到a处生成一个分压器,与a到B处的输入电压成比例。与VDD到GND的极性(必须为正)不同,a到B、W到a和W到B的电压可以是任意极性。

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如果忽略雨刮器电阻对近似值的影响,将A端子连接到5 V,B端子连接到接地,则会在雨刮器连接到B时产生输出电压,从0 V开始,小于5 V的1 LSB。每个LSB的电压等于施加在端子A和端子B上的电压除以电位计分压器的256个位置。定义施加在端子A和端子B上的任何有效输入电压相对于接地的V输出电压的一般方程式为:

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数字电位器在分压器模式下的操作可使温度过高时的操作更加精确。与变阻器模式不同,输出电压主要取决于内部电阻RWA和RWB的比值,而不是绝对值。因此,温度漂移降低到15ppm/℃。

ESD保护

所有数字输入均采用一系列输入电阻和并联齐纳ESD结构进行保护,如图40和图41所示。这适用于SDA、SCL、AD0和AD1数字输入引脚(仅限AD5248)。

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终端电压工作范围

AD5243/AD5248 VDD和GND电源定义了3端数字电位器正常工作的边界条件。A、B和W端子上出现的超过VDD或GND的电源信号被内部正向偏置二极管钳制(见图42)。

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通电顺序

由于ESD保护二极管限制了A、B和W端子处的电压符合性(见图42),因此在向A、B和W端子施加电压之前,为VDD/GND供电是很重要的;否则,二极管正向偏压,使得VDD无意中通电,并可能影响用户电路的其余部分。理想的通电顺序如下:

GND、VDD、数字输入,然后是VA、VB和VW。只要在VDD/GND之后供电,VA、VB、VW和数字输入的相对顺序并不重要。

布局和电源旁路

采用紧凑、最小引线长度的布局设计是一个良好的实践。通向输入端的导线应尽可能直接,导线长度最小。接地路径应具有低电阻和低电感。同样,为了达到最佳的稳定性,用高质量的电容器旁路电源也是一个很好的做法。应使用0.01μF至0.1μF的片状或片状陶瓷电容器绕过设备的电源线。还应在电源处使用低ESR 1μF至10μF的钽或电解电容器,以尽量减少任何瞬态干扰和低频波动(见图43)。此外,请注意,数字地面应远程连接到模拟地面的一个点,以尽量减少地面反弹。

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保持电阻设置的恒定偏差

对于需要非易失性但不能证明EEMEM的额外成本合理的用户,可以通过保持恒定的偏差来保持雨刮器设置,将AD5243/AD5248视为低成本的替代品。AD5243/AD5248专为低功耗应用而设计,即使在电池供电的系统中也能实现低功耗。图44中的图表显示了连接到AD5243/AD5248的3.4V、450mAhr锂离子手机电池的功耗。随着时间的推移,测量结果表明,该装置的耗电量约为1.3微安,耗电量可忽略不计。在30天的时间里,电池电量不足2%,其中大部分是由于电池本身固有的泄漏电流造成的。

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这表明,不断偏压电位器可以是一个实际的方法。大多数便携式设备不需要为了充电而拆卸电池。尽管当电池需要更换时,AD5243/AD5248的电阻设置丢失,但此类事件发生的频率相当低,因此AD5243/AD5248提供的较低成本和较小尺寸证明了这种不便是合理的。如果总功率丢失,应为用户提供相应调整设置的方法。

I2C接口

I2C兼容,2线串行总线

2线IC兼容串行总线协议的操作如下:

1、主机通过建立一个启动条件来启动数据传输,即当SCL高时,SDA线路上发生从高到低的转换(见图45)。以下字节是从机地址字节,由从机地址和一个R/W位组成(该位决定从机设备读取数据还是写入数据)。AD5243有一个固定的从机地址字节,而AD5248有两个可配置的地址位AD0和AD1(见图10)。

其地址对应于发送地址的从机通过在第九时钟脉冲期间将SDA线拉低来响应(这称为确认位)。在此阶段,总线上的所有其他设备保持空闲,而所选设备等待数据写入或读取其串行寄存器。如果R/W位高,主设备从从设备读取。另一方面,如果R/W位较低,则主设备写入从设备。

2、在写模式下,第二个字节是指令字节。指令字节的第一位(MSB)是RDAC子地址选择位。逻辑低选择通道1,逻辑高选择通道2。

第二个MSB,SD,是一个关闭位。当雨刮器对端子B短路时,逻辑高导致端子A断路。此操作在变阻器模式下产生几乎0Ω,在电位计模式下产生0 V。需要注意的是,关机操作不会干扰寄存器的内容。当AD5243或AD5248退出关机时,先前的设置将应用于RDAC。此外,在关机期间,可以对新设置进行编程。当零件从关闭状态返回时,相应的虚拟现实设置将应用于RDAC。指令字节中的其余位是不关心的位(参见图10)。

在确认指令字节后,写入模式中的最后一个字节是数据字节。数据以9个时钟脉冲(8个数据位后跟一个确认位)的顺序通过串行总线传输。SDA线上的跃迁必须发生在SCL低期,并在SCL高期保持稳定(见图45和图46)。

3、在读取模式下,数据字节紧跟在从机地址字节的确认之后。数据以9个时钟脉冲的顺序通过串行总线传输(与写入模式略有不同,其中有8个数据位后跟一个确认位)。同样,SDA线上的跃迁必须发生在SCL低期,并在SCL高期保持稳定(见图47和图48)。

注意,感兴趣的频道是以前在写入模式下选择的频道。如果用户需要读取两个通道的RDAC值,则需要将第一个通道编程为写入模式,然后更改为读取模式以读取第一个通道值。之后,用户必须在选择第二个信道的情况下将设备返回到写入模式,并在读取模式下读取第二个信道值。用户无需在写入模式下发出帧3数据字节,以进行后续的回读操作。用户应参考图47和图48了解编程格式。

4、在读取或写入所有数据位后,主机将建立停止条件。停止条件定义为当SCL高时SDA线上的从低到高的转换。在写入模式下,主机在10时钟脉冲期间将SDA线拉高,以建立停止条件(参见图45和图46)。在读取模式下,主机对第九个时钟脉冲(即SDA线路保持高电平)发出no应答。然后,主设备在10时钟脉冲之前使SDA线变低,这将变高以建立停止条件(参见图47和图48)。重复写入功能为用户提供了灵活性,用户可以在仅寻址和指示一次部件后多次更新RDAC输出。例如,在RDAC以写模式确认其从机地址和指令字节后,RDAC输出会在每个连续字节上更新。但是,如果需要不同的指令,则必须使用新的从机地址、指令和数据字节重新启动写入/读取模式。同样,也允许RDAC的重复读取功能。

读取模式

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I2C控制器编程

写入位模式

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读取位模式

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一条总线上有多个设备(仅适用于AD5248)

图49显示了同一串行总线上的四个AD5248设备。每个都有不同的从机地址,因为它们的AD0和AD1管脚的状态不同。这使得总线上的每个设备都可以独立地写入或读取。主设备输出总线驱动程序是完全集成电路兼容接口中的开漏下拉式。

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外形尺寸

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