本發(fā)明實(shí)施例涉及電子電路領(lǐng)域，尤其涉及一種高分辨率的數(shù)字電位器。

背景技術(shù)：

數(shù)字電位器正在國(guó)內(nèi)外迅速推廣，并大量應(yīng)用于檢測(cè)儀器、pc、手機(jī)、家用電器、現(xiàn)代辦公設(shè)備、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。例如：電冰箱、程控機(jī)、電源、功率表、自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備、光纖網(wǎng)絡(luò)、調(diào)節(jié)lcd顯示屏、電壓控制、取代機(jī)械式電位器、匹配線性阻抗、調(diào)節(jié)vcom設(shè)置。

從目前的使用前景來(lái)看，數(shù)字電位器是一種頗具發(fā)展前景的新型電子器件，在許多領(lǐng)域可取代傳統(tǒng)的機(jī)械電位器。其優(yōu)點(diǎn)為：調(diào)節(jié)精度高；無(wú)噪聲，工作壽命極長(zhǎng)；無(wú)機(jī)械磨損；數(shù)據(jù)可讀寫；具有配置寄存器及數(shù)據(jù)寄存器；多電平量存儲(chǔ)功能。它廣泛應(yīng)用于儀器儀表、計(jì)算機(jī)及通信設(shè)備、家用電器、醫(yī)療保健產(chǎn)品、工業(yè)控制等領(lǐng)域。任何需要用電阻來(lái)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和控制的場(chǎng)合，都可使用數(shù)字電位器構(gòu)成可編程模擬電路。但是在實(shí)際使用中應(yīng)特別注意數(shù)字電位器的電阻調(diào)整誤差，由于不同應(yīng)用場(chǎng)合時(shí)的誤差影響因素有所不同。因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，最好利用a/d轉(zhuǎn)換電路對(duì)其進(jìn)行精確測(cè)量，并采用單片機(jī)對(duì)其補(bǔ)償。

但是在實(shí)際使用的過(guò)程中，當(dāng)需要輸出精度比較高的數(shù)字電位器的時(shí)候，由于受限于cmos工藝，包括抽頭的寄生電阻等，導(dǎo)致低阻值高分辨率的數(shù)字電位往往很難實(shí)現(xiàn)。因此，如果能夠?qū)⒛壳艾F(xiàn)有的高分辨率數(shù)字電位器的分辨率提高，就能提高數(shù)字電位器的精度限值，對(duì)數(shù)字電位器的實(shí)際應(yīng)用范圍和應(yīng)用場(chǎng)景將有非常重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例所解決的技術(shù)問(wèn)題之一在于提供高分辨率的數(shù)字電位器，用以克服現(xiàn)有技術(shù)中cmos工藝制造的數(shù)字電位器由于工藝造成的精度不高的技術(shù)缺陷，達(dá)到提高數(shù)字電位器的分辨率，提高數(shù)字電位器的可控精度以及調(diào)整數(shù)字電位器的輸出電阻量程的效果。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種高分辨率的數(shù)字電位器，其包括至少兩個(gè)及以上的單元數(shù)字電位器的并聯(lián)或串聯(lián)，其中每個(gè)單元數(shù)字電位器均可以通過(guò)數(shù)字接口單獨(dú)控制其輸出。

可選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述兩個(gè)及以上的單元數(shù)字電位器在一個(gè)芯片內(nèi)部。

可選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述高分辨率數(shù)字電位器包括存儲(chǔ)單元；

可選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)了整個(gè)高分辨率數(shù)字電位器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

可選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述兩個(gè)及以上的單元數(shù)字電位器采用同樣的電源供電。

可選地，本發(fā)明的一實(shí)施例中，還包括固定電阻器，固定電阻器和兩個(gè)及以上的單元數(shù)字電位器的并聯(lián)或者串聯(lián)。

可選地，本發(fā)明的一實(shí)施例中，還可以是多個(gè)單元數(shù)字電位器的并聯(lián)和串聯(lián)的組合；

由以上技術(shù)方案可見，所述高分辨率的數(shù)字電位器，克服現(xiàn)有技術(shù)中cmos工藝制造的數(shù)字電位器由于工藝造成的精度不高的技術(shù)缺陷，達(dá)到提高數(shù)字電位器的分辨率，提高數(shù)字電位器的可控精度和最大量程的效果。從而克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明實(shí)施例中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為常見的單元數(shù)字電位器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為adi的最高分辨率的數(shù)字電位器的參數(shù)表；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為adi的數(shù)字電位器ad5142的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為數(shù)字電位器網(wǎng)絡(luò)和固定電阻器的組合示意圖；

具體實(shí)施方式

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例的任一技術(shù)方案必不一定需要同時(shí)達(dá)到以上的所有優(yōu)點(diǎn)。

為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明實(shí)施例一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明實(shí)施例中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明實(shí)施例保護(hù)的范圍。

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例具體實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字電位器(digitalpotentiometer)亦稱數(shù)控可編程電阻器，是一種代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械電位器(模擬電位器)的新型cmos數(shù)字、模擬混合信號(hào)處理的集成電路。加上數(shù)字電位器的調(diào)整過(guò)程中，數(shù)字電位器的電阻值不是連續(xù)變化的，而是在調(diào)整結(jié)束后才具有所希望的輸出。這是因?yàn)閿?shù)字電位器采用mos管作為開關(guān)電路，并且采用“先開后關(guān)”的控制方法。而且數(shù)字電位器無(wú)法實(shí)現(xiàn)電阻的連續(xù)調(diào)整，只能按數(shù)字電位器中電阻網(wǎng)絡(luò)上的最小電阻值進(jìn)行調(diào)整。加上cmos半導(dǎo)體工藝的工藝特性，數(shù)字電位器的精度和分辨率往往都比較低。

圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例的單元數(shù)字電位器的示意圖；其包括n個(gè)阻值為rs的電阻、n個(gè)模擬開關(guān)和一個(gè)譯碼器組成。當(dāng)所述譯碼器的輸入數(shù)字信號(hào)作為數(shù)字電位器的輸入時(shí)，所述譯碼器總會(huì)控制所述n個(gè)模擬開關(guān)的其中一個(gè)導(dǎo)通，其余的模擬開關(guān)則處于關(guān)閉狀態(tài)。假設(shè)所述譯碼器的輸入為d，那么譯碼器就會(huì)控制ax和wx之間的第d個(gè)模擬開關(guān)打開，那么ax和wx之間的電阻值r可以表示為

r＝rs*d

從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字值實(shí)現(xiàn)的數(shù)字量到電阻值的轉(zhuǎn)換工作。通常情況下，由于半導(dǎo)體工藝的限制，rs的阻值無(wú)法做的比較小，否則精確性、一致性和穩(wěn)定性很難保證。

圖2中是數(shù)字電位器主要生產(chǎn)廠家adi的可以提供的芯片型號(hào)的列表，其中抽頭數(shù)最高是1024個(gè)，在這一系列的的單元數(shù)字電位器中，也是目前國(guó)際上能做到的最高分辨率，然而此系列的單元數(shù)字電位器中，輸出阻值的量程最小為10k，也就是說(shuō)此系列的單元數(shù)字電位器的最小分辨率是10歐姆左右，對(duì)于需要分辨精度更高的數(shù)字電位器而言，幾乎難以完成。在這樣的技術(shù)缺陷下，

本發(fā)明下述實(shí)施例提供了一種高分辨率數(shù)字電位器，其包括至少兩個(gè)及以上的單元數(shù)字電位器的并聯(lián)或串聯(lián)，其中每個(gè)單元數(shù)字電位器均可以通過(guò)數(shù)字接口控制其輸出。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中高分辨率的數(shù)字電位器的結(jié)構(gòu)示意圖；

本發(fā)明實(shí)施例中，左圖中兩個(gè)單元數(shù)字電位器的并聯(lián)組合，右圖中是兩個(gè)單元數(shù)字電位器的串聯(lián)組合，其中選用的單元數(shù)字電位器以圖2中列表的ad5175-10為例進(jìn)行說(shuō)明，其中ad5175-10具有1024個(gè)抽頭，最大阻值量程為10k歐姆，按上面所述，單元數(shù)字電位器可以變化的最小阻值為10歐姆。當(dāng)采用圖中左側(cè)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)只調(diào)整左側(cè)的一個(gè)單元數(shù)字電位器，右側(cè)單元數(shù)字電位器不變化時(shí)，整個(gè)數(shù)字電位器的輸出阻值，基本上變化為2.5歐姆左右，如果再調(diào)整右側(cè)的單元數(shù)字電位器，左側(cè)的單元數(shù)字電位器保持不變，則又會(huì)在原基礎(chǔ)上繼續(xù)增加2.5歐姆左右，從而達(dá)到了分辨率為2.5歐姆，總量程為5k歐姆的技術(shù)效果。當(dāng)采用圖中右側(cè)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)只調(diào)整上端或者是下端的一個(gè)單元數(shù)字電位器時(shí)，整個(gè)數(shù)字電位器的分辨率還是以10歐姆的倍數(shù)進(jìn)行變化，但是總量程可以達(dá)到20k歐姆。由此可見，采用這種方式，整個(gè)數(shù)字電位器的量程和分辨率都會(huì)發(fā)生很大的變化，如果按照左側(cè)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，不斷增加并聯(lián)的單元數(shù)字電位器數(shù)量，甚至可以達(dá)到無(wú)限細(xì)分?jǐn)?shù)字電位器的阻值的效果，將會(huì)極大地改變數(shù)字電位器無(wú)法連接的缺點(diǎn)，有效提高數(shù)字電位器的更多的適用范圍。

具體地，在本發(fā)明實(shí)施例中，兩個(gè)并聯(lián)的單元數(shù)字電位器選擇了在同一個(gè)集成電路上的兩個(gè)單元數(shù)字電位器，如圖4所示。正常的半導(dǎo)體工藝中，由于半導(dǎo)體的加工生產(chǎn)受工藝的影響比較大，尤其是工藝爐內(nèi)的溫度很難做到真正的均勻，不同的晶元上的溫度就很容易存在偏差，那么越是位置接近的兩個(gè)芯片，其工藝和最終的芯片參數(shù)的偏差越小。否則工藝不同的單元數(shù)字電位器的步進(jìn)可能會(huì)差別比較大，那么總結(jié)來(lái)說(shuō)，同一個(gè)芯片上的兩個(gè)單元數(shù)字電位器之間的工藝參數(shù)和最終的偏差將會(huì)是最小的，那么將會(huì)提高整個(gè)數(shù)字電位器輸出的線性度。

具體地，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述高分辨率數(shù)字電位器包括存儲(chǔ)單元。具體如圖4所示，圖中的eeprom即為整個(gè)數(shù)字電位器的存儲(chǔ)單元，在該存儲(chǔ)單元內(nèi)可以存儲(chǔ)該高分辨率數(shù)字電位器的許多參數(shù)，比如代表該數(shù)字電位器的唯一識(shí)別id號(hào)，包括該數(shù)字電位器的生產(chǎn)日期，失效日期，甚至是該數(shù)字電位器的使用時(shí)間等，都可以記錄在該存儲(chǔ)單元中。

然而，尤其重要的是所述存儲(chǔ)單元內(nèi)部可以存儲(chǔ)該整個(gè)高分辨率數(shù)字電位器的校準(zhǔn)信息。還是以圖2中列表的adi的ad5175-10為例進(jìn)行說(shuō)明，其中ad5175-10具有1024個(gè)抽頭，最大阻值量程為10k歐姆，按上面所述，單元數(shù)字電位器可以變化的最小阻值為10歐姆。然而實(shí)際上10k歐姆為理想值，受各方面工藝的影響以及最終的使用情況，往往最終的阻值量程為9k-11k之間，有的甚至可以達(dá)到12k左右，那么單元數(shù)字電位器可以變化的最小阻值也變?yōu)?2歐姆。在這樣的前提下，要想達(dá)到精準(zhǔn)的電阻值輸出，可以提前通過(guò)高精度萬(wàn)用表測(cè)量每個(gè)數(shù)字電位器的電氣參數(shù)，比如最大量程。然后將每個(gè)數(shù)字電位器的實(shí)際電氣特性存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元內(nèi)部，實(shí)際上就是將該數(shù)字電位器的校準(zhǔn)信息存入到了存儲(chǔ)單元中，從而保證外部控制設(shè)備控制整個(gè)數(shù)字電位器輸出的電阻值時(shí)，可以讀取該數(shù)字電位器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)校準(zhǔn)信息能夠?qū)㈦娮柚递敵龅母拥木_和準(zhǔn)確。

具體地，如圖4所示，所述的兩個(gè)及以上單元數(shù)字電位器采用同樣的電源供電，主要是由于數(shù)字電位器的特性，如圖1所示，數(shù)字電位器的工作通過(guò)譯碼器和模擬開關(guān)的導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，當(dāng)兩個(gè)數(shù)字電位器的電源不相同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)單元數(shù)字電位器的譯碼器和模擬開關(guān)的門限電平發(fā)生變化，最終將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)高分辨率數(shù)字電位器的輸出不穩(wěn)定。

具體地，在本發(fā)明實(shí)例中，高分辨率數(shù)字電位器還包括固定電阻器，固定電阻器和兩個(gè)及以上的單元數(shù)字電位器的并聯(lián)或者串聯(lián)。如圖5所示，上面的兩個(gè)單元數(shù)字電位器603和數(shù)字電位器604以及固定電阻器組成了整個(gè)數(shù)字電位器。主要的目的在于該種結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)整個(gè)高分辨率的輸出范圍，還是以圖2中列表的adi的ad5175-10為例進(jìn)行說(shuō)明，該器件的最大量程阻值為10k歐姆，兩個(gè)并聯(lián)組成的數(shù)字電位器網(wǎng)絡(luò)的變化范圍為0-5k歐姆，倘若將固定電阻器的阻值設(shè)定為1k歐姆，則整個(gè)高分辨率數(shù)字電位器的輸出阻值范圍變?yōu)榱?k-6k歐姆之間，不但沒(méi)有損失分辨率，還將最低阻值進(jìn)行了適當(dāng)?shù)奶Ц?。同樣的道理，如果在兩個(gè)單元數(shù)字電位器兩端并聯(lián)一個(gè)其他阻值的固定電阻，則又會(huì)對(duì)整個(gè)高分辨率數(shù)字電位器的最終輸出阻值進(jìn)行了壓縮，同時(shí)仍然保持高分辨率。

按照上面所說(shuō)的組合，并聯(lián)一個(gè)單元數(shù)字電位器會(huì)增加整個(gè)數(shù)字電位器的分辨率同時(shí)減小最大電阻輸出量程，串聯(lián)一個(gè)單元數(shù)字電位器或者固定電阻會(huì)增加整個(gè)數(shù)字電位器的分辨率同時(shí)增加最大電阻輸出量程，并聯(lián)一個(gè)固定電阻器會(huì)不改變分辨率，減小最大電阻輸出量程，串聯(lián)一個(gè)固定電阻器增加最大電阻輸出量程。具體地，在本實(shí)施例中，可以通過(guò)各種數(shù)字電位器并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以及各種固定電阻器的網(wǎng)絡(luò)的組合，從而保證整個(gè)高分辨率數(shù)字電位器的輸出既能達(dá)到所需要的滿足要求的分辨率，又能夠達(dá)到所需要的量程范圍，真正實(shí)現(xiàn)高分辨率數(shù)字電位器的變化最大化。

具體地，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述的單個(gè)數(shù)字電位器的工藝采用的是cmos的工藝，因?yàn)閏mos工藝在目前的使用中越來(lái)越成熟穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低，同時(shí)可以滿足本發(fā)明實(shí)施例中的工藝需求。

具體地，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述整個(gè)數(shù)字電位器具有關(guān)斷功能，對(duì)很多的應(yīng)用而言，需要數(shù)字電位器輸出時(shí)具有高阻狀態(tài)，從而阻止電流流過(guò)數(shù)字電位器，方便外部設(shè)備在使用數(shù)字電位器時(shí)進(jìn)行數(shù)字電位器的接入狀態(tài)判斷，從而根據(jù)數(shù)字電位器的接入狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警或者提示。如圖1中所示，數(shù)字電位器的shdn引腳可以使能最終輸出端的模擬開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)閉，當(dāng)shdn引腳控制最終輸出端的模擬開關(guān)關(guān)閉時(shí)，即完成了整個(gè)數(shù)字電位器的關(guān)斷。

以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說(shuō)明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。

通過(guò)以上的實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到各實(shí)施方式可借助軟件加必需的通用硬件平臺(tái)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過(guò)硬件?；谶@樣的理解，上述技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，如rom/ram、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行各個(gè)實(shí)施例或者實(shí)施例的某些部分所述的方法。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本申請(qǐng)的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本申請(qǐng)各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。