特征
256位，4通道；端到端电阻20 kΩ、50 kΩ、200 kΩ；引脚可选择SPI®或I2C®兼容接口；打开预设到中刻度的电源；两个包地址解码引脚AD0和AD1；变阻器模式温度系数30ppm/℃；分压器温度系数5ppm/℃；宽工作温度范围–40°C至+125°C；10 V至15 V单电源；±5 V双电源。
应用
机械电位计的更换；光网络调整；仪器：增益、偏移调整；立体声声道音频电平控制；汽车电子调整；可编程电源；可编程滤波器、延迟、时间常数；线路阻抗匹配；低分辨率DAC/微调器更换；基站功率放大器偏置；传感器校准。
一般说明
AD5263是业界第一个四通道256位数字电位器，具有可选择的数字接口。该装置具有与机械电位器或可变电阻相同的电子调节功能，具有更高的分辨率、固态可靠性和优越的低温系数性能。
AD5263的每个通道在A端子和雨刮器之间或B端子和雨刮器之间提供一个完全可编程的电阻值。20 kΩ、50 kΩ或200 kΩ的固定A-B端子电阻的标称温度系数为±30 ppm/℃，通道间匹配公差为±1%。该部件的另一个关键特性是能够在+4.5 V至+15 V或±5 V的电压下工作。
通电时，雨刮器位置编程预设为中刻度。通电后，虚拟现实雨刮器位置由3线SPI或2线IC兼容接口编程。在集成电路模式下，额外的可编程逻辑输出允许用户在其系统中驱动数字负载、逻辑门和模拟开关。
AD5263可在一个窄体，24铅TSSOP。所有部件保证在-40°C至+125°C的汽车温度范围内工作。对于单通道或双通道应用，请参阅AD5260/AD5280或AD5262/AD5282数据表。1术语数字电位计、虚拟现实和RDAC可以互换使用。
操作
AD5263是一个四通道，256位，数字控制，可变电阻（VR）设备。要对虚拟现实设置进行编程，请参阅SPI兼容数字接口（dis=0）部分和与i2c兼容的数字接口（dis=1）部分。该部件有一个内置的通电预设，在通电时将雨刮器置于中刻度，简化了上电时的故障状态恢复。此外，AD5263的关机（SHDN）引脚使RDAC处于几乎为零的功耗状态，其中端子A开路，而雨刮器W连接到端子B，从而在虚拟现实结构中仅导致泄漏电流消耗。关机期间，将保持虚拟现实锁存设置，或者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。
可变电阻编程
变阻器操作
端子A和端子B之间的RDAC的标称电阻为20 kΩ、50 kΩ和200 kΩ。零件号的最后两位或三位数字决定了标称电阻值，例如，20 kΩ=20；50 kΩ=50；200 kΩ=200。vr的标称电阻（r）有256个接触点，通过刮水器端子和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。假设使用20 kΩ部件，则雨刮器的第一个连接从B端子开始获取数据0x00。因为有60Ω的雨刮器接触电阻，这样的连接在W和B端子之间产生最小2×60Ω的电阻。第二个连接是第一个抽头点，对应于数据0x01的198Ω（r=r/256+r=78Ω+2×60Ω）。第三个连接是表示数据0x02的276（r=78Ω×2+2×60Ω）的下一个抽头点，以此类推。每增加一个LSB数据值，雨刮器就会向上移动电阻梯，直到最后一个抽头点达到20042Ω（R–1 LSB+2×R）。图45显示了等效RDAC电路的简化图，其中最后一个电阻串未被接入；因此，除雨刮器电阻外，满标度时标称电阻的LSB要小1。
确定w端子和b端子之间数字编程输出电阻的一般公式是：
在哪里：
D是加载在8位RDAC寄存器中的二进制代码的十进制等效值。
R抗体是端到端的阻力。
RW是由一个内部开关的通电电阻产生的雨刮器电阻。
总之，如果R=20 kΩ且A端子开路，则表5中的RDAC锁存码会产生相应的输出电阻R。
表5、代码和相应的R电阻
注意：在零刻度条件下，存在120Ω的有限雨刮器电阻。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，W雨刮器和端子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：
如果R=20 kΩ且B端子开路，则表6中的RDAC锁存码会产生相应的输出电阻R。
表6、代码和相应的R电阻
通道间端到端电阻r的典型分布在±1%以内。设备对设备的匹配取决于工艺批次，并且可能有±30%的变化。由于电阻元件采用薄膜技术加工，因此R随温度的变化具有非常低的温度系数30ppm/℃。abab
对电位计分压器电压输出操作进行编程
数字电位器很容易在雨刮器到B和雨刮器到A处产生与端子A和端子B的输入电压成比例的分压器。与V到V之间的极性（必须为正）不同，如果V由负电源供电，则A到B、W到A和W到B之间的电压可以处于任一极性。
如果忽略了雨刮器电阻对近似值的影响，则将A端子连接到5 V，B端子连接到接地将产生从雨刮器到B的输出电压，从0 V开始，直到低于5 V的1 LSB。电压的每个LSB阶跃等于施加在A端子到B端子之间的电压除以电位的256个位置。测量分压器。由于ad5263可以由双电源供电，因此，对于施加在端子a和端子b上的任何有效输入电压，定义输出电压v相对于接地的一般方程式为：
数字电位器在分压器模式下的操作会导致更精确的超温操作。与变阻器模式不同，输出电压主要取决于内阻r和r的比值，而不是它们的绝对值；因此，温度漂移降低到5ppm/℃。
引脚选择数字接口
AD5263提供了可选接口的灵活性。当数字接口选择（DIS）引脚连接低时，SPI模式接通。当DIS引脚与V电源连接在高位时，IC模式接通。
SPI兼容3线串行总线（dis=0）
AD5263包含3线SPI兼容数字接口（SDI、CS和CLK）。10位串行字必须加载地址位a1和a0，后跟数据字节msb。字的格式显示在串行数据字格式部分和位图中。
正边缘敏感CLK输入需要干净的转换，以避免将不正确的数据计时到串行输入寄存器中。标准逻辑族工作良好。如果使用机械开关进行产品评估，则应使用触发器或其他合适的方法对其进行消噪。当CS低时，时钟将数据加载到每个正时钟边缘的串行寄存器中（见图40）。
表7、AD5263地址解码表
规范表中的数据设置和数据保持时间确定了有效的计时要求。AD5263使用一个10位串行输入数据寄存器字，当CS线返回逻辑高电平时，该字被传输到内部RDAC寄存器。注意，只有最后10位进入寄存器被锁在解码器中。当cs变高时，它激活地址解码器并根据表7更新相应的信道。
在关机（SHDN）期间，串行数据输出（SDO）引脚被强制设置为逻辑高电平，以避免外部上拉电阻器中的功耗。有关等效SDO输出电路示意图，请参见图46。
与SHDN不同，当部件从复位中取出时，雨刮器保持在中刻度，不会恢复到其预复位设置。
菊花链操作
串行数据输出（SDO）引脚包含一个开漏N通道FET。此输出需要一个上拉电阻器，以便将数据传输到下一个封装的SDI引脚。这允许从单处理器串行数据线菊花链几个RDAC。上拉电阻器端接电压可以大于V电源电压。建议在以下设备的sdi引脚上使用上拉电阻器时增加时钟周期，因为设备之间的菊花链节点（sdo到sdi）处的电容性负载可能会导致后续设备的时间延迟。用户应该意识到这个潜在的问题，以便成功地实现数据传输（参见图47）。如果两个AD5263是菊花链，则总共需要20位数据。前10位符合串行数据字格式部分和位映射中所示的格式，转到u2，后10位采用相同格式，转到u1。在所有20位DD进入各自的串行寄存器。在此之后，将CS拉高以完成操作并加载RDAC闩锁。数据出现在时钟负边缘的sdo上，从而使其可用于下一个时钟上升边缘的菊花链设备的输入。
与IC兼容的2线串行总线（dis=1）在集成电路兼容模式下，RDAC作为从设备连接到总线。参考ic兼容数字接口（dis=1）部分中的位图，ad5263的第一个字节是从地址字节，由7位从地址和R/W位组成。五个msb为01011，以下两位由设备的ad0和ad1引脚的状态确定。AD0和AD1允许用户在一条总线上最多放置四个ICCompatible设备。2线IC串行总线协议操作如下。
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43）。以下字节是从机地址字节，由7位从机地址和一个R/W位组成。这个r/w位决定数据是从从设备读取还是写入从设备。
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，则主控读取从从设备。如果r/w位低，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）是一个不关心的字节。以下两个位（标记为A1和A0）是RDAC子地址选择位。
第四个msb（rs）是中刻度重置。该位上的逻辑高将所选通道的雨刮器移动到中心抽头，其中rwa=rwb。此功能有效地重写寄存器的内容，以便在退出重置模式时，RDAC保持在中刻度。
第五个msb（sd）是关闭位。逻辑高导致所选通道在将雨刮器短接至端子B时在端子A处开路。此操作在变阻器模式下产生几乎0Ω，在电位计模式下产生几乎0 V。这个sd位的功能与shdn管脚相同，只是shdn管脚对active low有反应。此外，shdn pin影响所有通道，而sd位只影响正在写入的通道。需要注意的是，关机操作不会干扰寄存器的内容。当从关机状态恢复时，先前的设置将应用于RDAC。
接下来的两位是O2和O1。它们是额外的可编程逻辑输出，可用于驱动其他数字负载、逻辑门、LED驱动器、模拟开关等。LSB是一个不关心的位（见IC写入模式数据字格式部分的位图）。
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线上的转换必须发生在SCL的低期，并在SCL的高期保持稳定（见图43）。
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的低期，并在SCL的高期保持稳定（见图44）。请注意，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，则必须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，它们必须在选择第二个通道的情况下切换回写入模式，并在读取模式下再次读取第二个通道值。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。编程格式见图44。
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，主机在第十个时钟脉冲期间将SDA线拉高，以建立停止条件（见图43）。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，在第十个时钟脉冲之前，主控将SDA线调低，该脉冲变高以建立停止条件（见图44）。
重复写入功能使用户可以灵活地在仅寻址和指示一次零件后多次更新RDAC输出。例如，在RDAC在写入模式下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。如果需要不同的指令，写入/读取模式必须以新的从机地址、指令和数据字节重新开始。同样，也允许rdac的重复读取功能。
附加可编程逻辑输出
AD5263具有额外的可编程逻辑输出O1和O2，可用于驱动数字负载、模拟开关和逻辑门。O1和O2默认为逻辑0。电压水平可以从GND摆动到V。O1和O2的逻辑状态可以在写入模式下在第2帧中编程（见图43）。这些逻辑输出具有足够的电流驱动能力，可以承受毫安的负载。
用户还可以通过三种不同的方式激活O1和O2，而不影响雨刮器的设置。他们可以执行以下操作：
（1）、开始，从地址字节，确认，指定O1和O2的指令字节，确认，停止。
（2）、完成写循环，停止，然后开始，从地址字节，确认，指定O1和O2的指令字节，确认，停止。
（3）、不要通过不发出stop，then start，slave address byte，acknowledge，指令字节指定O1和O2，acknowledge，stop来完成写入周期。
独立关闭功能
关闭可以通过在SHDN引脚上划动或在写入模式指令字节中编程SD位来激活。此外，关机甚至可以通过设备的数字输出来实现，如图48所示。在此配置中，设备在通电期间关闭，但允许用户对设备进行编程。因此，当O1编程为高时，设备退出关机模式并响应新设置。这种独立的关机功能允许在通电期间绝对关机，这在危险环境中至关重要，而不需要添加额外的组件。
如果使用sd位启用关机功能，请参阅ic写入模式数据字格式部分。表8和表9显示了可以将任何通道置于不希望的关闭状态的序列。
一条总线上有多个设备
图49显示了同一串行总线上的四个AD5263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。这使得每个设备中的每个RDAC都可以独立地写入或读取。主设备输出总线驱动程序是开放式漏极，下拉式在一个完全集成电路兼容的接口。
负电压运行的电平偏移
数字电位器在激光二极管驱动器和某些电信设备电平设置应用中很受欢迎。这些应用有时在接地电压和一些负电源电压之间运行，这样系统可以在圆形上偏置，以避免大的旁路电容器，这可能会严重妨碍交流性能。像大多数数字电位计一样，AD5263可以配置负电源（见图50）。
但是，数字输入也必须进行电平变换，以允许正常工作，因为接地是参考负电位的。结果，图51显示了一个带有几个晶体管和几个电阻器的实现。当v为高时，q1被打开，其发射极被钳制在离地一个阈值处。这个阈值出现在q2的底部，这导致q2关闭。在这种状态下，V接近-5 V。当V低时，Q1被关闭，而Q2的底部被拉低，从而导致Q2打开。在此状态下，V接近0 V。请注意，与设备成功通信还需要适当的时间偏移。
ESD保护
所有数字输入均采用串联输入电阻器和并联齐纳ESD结构进行保护，如图53所示。
钍IS保护适用于数字输入引脚SDI/SDA、CLK/SCL、CS/AD0、RES/AD1和SHDN。
终端电压工作范围
AD5263正V和负V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V或V的电源信号被图54所示的内部正向偏置二极管钳制。
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54），因此在向A、B和W端子施加任何电压之前，为V和V供电是很重要的；否则，二极管将被正向偏置，从而V和V无意中通电，可能会影响电路的其余部分。理想的通电顺序如下：GND、V、V、V、数字输入和V。只要在V和V之后通电，V、V、V和数字输入的相对顺序并不重要。
V电源逻辑
AD5263能够在高于内部逻辑电平的高压下工作，内部逻辑电平仅限于在5 V下工作。因此，V始终需要连接到单独的2.7 V至5.5 V电源，以确保适当的数字信号电平。逻辑电平必须限制为V，而不考虑V。此外，V应始终小于或等于V。
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，为了获得最佳的稳定性，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陶瓷盘或芯片电容器绕过设备的电源线。还应在电源处使用低ESR 1μF至10μF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55）。请注意，数字地面也应远程连接到模拟地面的一个点，以尽量减少地面反弹。
RDAC电路仿真模型
内部寄生电容和外部电容负载控制着RDAC的交流特性。AD5263（20 kΩ电阻器）的–3 dB带宽配置为电位计分压器，在半刻度下测量300 kHz。图22提供了三种可用电阻版本的大信号Bode图特征：20 kΩ、50 kΩ和200 kΩ。寄生模拟模型如图56所示。以下代码提供20 kΩRDAC的宏模型网络列表。
应用程序信息
双电源双极直流或交流操作
AD5263可以通过双电源操作，从而控制接地参考交流信号或双极操作。交流信号高达V/V，可直接应用于DD党卫军端子A至端子B，输出取自端子W。
增益控制补偿
数字电位器通常用于增益控制，如图58所示的非旋转增益放大器。
注意：RDAC B端子寄生电容连接到运放非转换节点。它为1/β项引入了一个零，具有+20db/dec，而典型的运算放大器gbp具有-20db/dec特性。一个大的r2和有限的c1可以使这个零点的频率大大低于交叉频率。因此，在交叉频率下，闭合速率变为40db/dec，系统具有0相位裕度。如果输入是矩形脉冲或阶跃函数，则输出可能会响或振荡。类似地，当在两个增益值之间切换时，它也可能会响，因为这相当于输入处的阶跃变化。o°
根据运算放大器gbp，减小反馈电阻可以将零的频率延长到足以克服问题的程度。一种更好的方法是包括补偿电容c2以消除c1引起的影响。当r1×c1=r2×c2时，出现最佳补偿。这不是一个选项，因为R2的变化。因此，可以使用所描述的关系并将c2标度为r2的最大值。当r2设置为低值时，这样做可能会过度补偿并稍微影响性能。但是，在最坏的情况下，它可以避免增益峰值、振铃或振荡。对于关键应用，应根据经验找到C2以满足需要。一般来说，c2在少数pf到不超过十分之几pf的范围内通常足以补偿。类似地，有w和a端子电容连接到输出端（未示出）；幸运的是，它们在该节点上的影响较小，并且在大多数情况下可以忽略补偿。
可编程电压基准
对于分压器模式操作（图59），通常缓冲数字电位器的输出，除非负载远大于R。缓冲不仅用于阻抗转换，而且还允许驱动更重的负载。
位双极DAC
图60显示了一个低成本的8位双极DAC。它提供的可调步数与传统dac相同，但精度不高。线性度和温度系数，特别是在低值代码下，会受到数字电位器刮水电阻的影响而发生偏差。这个电路的输出是：
双极可编程增益放大器
对于需要双极增益的应用，图61显示了一种类似于先前电路的实现。数字电位器U1设置调整范围。因此，在给定的U2设置下，W2处的雨刮器电压可编程设置在V和–KV之间。在非垂直模式下配置A2允许线性增益和衰减。传递函数是：
其中k是u1设置的r/r的比率。
与前面的示例类似，在k=1的更简单（和更常见）情况下，使用单个通道，用匹配的电阻对替换u1，以在数字电位器的末端应用v和–v。关系变成：
如果r2较大，可能需要几个pf的补偿电容来避免任何增益峰值。
可编程电压源
提高产量
对于需要大电流调节的应用，例如激光二极管驱动器或可调谐激光器，可以考虑升压电源。见图62。
在该电路中，运算放大器的反向输入迫使V等于数字电位器设置的雨刮器电压。然后，负载电流由电源通过n通道fet，n1传递。n1功率处理必须足以耗散等于（v-v）×i的功率。该电路可以用5v电源提供最大100毫安的电源。对于精密应用，可以在数字电位器的a端子上应用adr421或adr03等电压基准。
可编程4至20毫安电流源
一个可编程的4-20毫安电流源可以用图63所示的电路实现。REF191是一种独特的低电源净空和高电流处理精度基准，可在+2.048V电压下输出20毫安。负载电流仅为数字电位计端子B到端子W之间的电压除以R：
电路很简单，但要注意两件事。首先，双电源运放是理想的，因为REF191的接地电位可以从零刻度的-2.048 V摆动到电位计设置的满刻度的V。虽然电路工作在一个单一的电源，系统的可编程分辨率降低。
对于需要更高电流能力的应用，对图63中的电路进行几处改动，即可产生数百毫安范围内的可调电流。首先，电压基准需要更换为高电流、低损耗的稳压器，如AD3333，运算放大器需要更换为高电流、双电源模式，如AD5263。根据所需的电流范围，必须计算r的适当值。由于流向负载的电流很大，用户必须注意负载阻抗，以免驱动运放越过正轨。
可编程双向电流源
对于需要双向电流控制或更高电压合规性的应用，可以使用Howland电流泵（见图64）。如果电阻匹配，负载电流为：
理论上，r2b可以根据需要尽可能小，以实现a2输出电流驱动能力内所需的电流。在该电路中，op2177可以在任意方向上输出±5ma的电压，并且电压柔度接近+15v，表明输出阻抗为：
如果电阻r1′和r2′分别与r1和r2a+r2b精确匹配，则输出阻抗是无穷大的。另一方面，如果电阻不匹配，则可能是负的。因此，需要在1 pf到10 pf范围内的c1来防止振荡。
可编程低通滤波器
在模数转换应用中，通常包括抗混叠滤波器以限制采样信号的频带。双通道数字电位器可用于构造二阶Sallen键低通滤波器（见图65）。设计公式如下：
用户可以首先为电容器选择一些方便的值。若要实现Q=0.707时的最大平坦带宽，请将C1设置为C2的两倍大小，并将R1设置为R2。结果，用户可以将r1和r2调整到相同的设置以获得所需的带宽。
可编程振荡器
在经典的wien桥振荡器（图66）中，wien网络（r，r′，c，c′）提供正反馈，而r1和r2提供负反馈。在共振频率f处，总相移为零，正反馈使电路振荡。
当r=r′，c=c′，r2=r2a（r2b+r）时，共振时，设置：
平衡桥梁。实际上，r2/r1应设置为略大于2，以确保振荡可以开始。另一方面，二极管d1和d2的交替导通确保r2/r1瞬间小于2，从而稳定振荡。
一旦频率设置好，振荡幅度就可以通过r2b进行调谐，因为：
v，i和vare相互依赖的变量。通过适当选择r2b，达到了v收敛的平衡。r2b可以与一个离散电阻串联以增加振幅，但总电阻不应太大，以致于它使输出饱和。
电阻标度
AD5263提供20 kΩ、50 kΩ和200 kΩ的标称电阻。需要较低电阻和相同阶跃调整次数的用户可以并行放置多个设备。例如，图67显示了并行使用两个通道的简单方案。为了每一步线性调整一半的电阻，用户需要将两个通道编程为相同的设置。
仅适用于分压器模式，如图68所示，通过并联连接离散电阻，在端子A处出现比例较低的电压。这转化为更精细的精度，因为在端子W处的步长较小。
电压可以发现为：
图67和图68显示了数字电位器线性变化的应用。另一方面，对数锥度调整通常是首选的应用，如音量控制。图69显示了另一种电阻定标方法，该方法产生伪对数锥度输出。在该电路中，r2相对于r的值越小，输出越接近对数型行为。
电阻公差、漂移和温度系数失配考虑
在变阻器模式下，如图70中的增益控制电路，数字电位器和离散电阻之间的公差不匹配会导致不同系统之间的重复性问题。由于硅工艺的固有匹配性，在这种应用中应用多道器件是可行的。因此，R1应替换为数字电位器的一个通道。r1应编程为特定值，r2可用于可调增益。虽然增加了成本，但这种方法将r1和r2之间的公差和温度系数不匹配最小化。此外，这种方法还跟踪阻力随时间的漂移。因此，这些非理想参数对系统变化的敏感性降低。
注意：图71中的电路也可用于跟踪此特定应用中的公差、温度系数和漂移。然而，传递函数的特性从线性变为伪对数增益函数。
