怎么用一个运算放大器来消除DPOT的游标电阻？

数模转换器(DAC)中有一个有趣的变体那就是数字电位器(DPOT)。DPOT用作乘法DAC(MDAC)时，除了能够输出与数字值成比例的电压外，还可以用作数字可编程电阻器(变阻器)。当以这种方式使用时，有时可能会限制DPOT精度的一个重要参数是游标电阻：Rw。Xbpednc

当然，作为固态器件，与机电电位器不同，DPOT没有物理电阻元件，其上没有实际的游标。它们的“Rw”实际上是FET开关阵列的导通电阻，这些开关在内部电阻阶梯上选择所需的抽头(对于6位电位器，2⁶+1=65个抽头；对于7位电位器，2⁷+1=129个抽头)，8位的为2⁸+1=257等等)。Rw实际上是与所选电阻串联出现的，因此如果：Xbpednc

Rab=总电阻阶梯电阻=5k(典型值)，用于示例的DPOT(MCP4161-502)Xbpednc

N=电阻阶梯抽头选择设置(对于8位的示例，0<=N<=256)Xbpednc

那么，在理想情况下(所有Rw=0)，产生的电阻就很简单了：Xbpednc

Raw=Rab(N/256)Xbpednc

不幸的是，在实际的DPOT中，Rw>0。因此：Xbpednc

Raw=Rab N/256+RwXbpednc

对于示例的8位5k DPOT，Rw=75Ω(典型值，最大值为160Ω)，设置a：Xbpednc

minimum (N = 0) Rab = 75/5000*256 = ~4lsb (typical) 8lsb (max)Xbpednc

对于许多应用来说，无法在N=0时设置Rab<75Ω可能已经是个问题，但Rw>0的不良影响会延伸到其他的N。例如，MCP41系列的Rab温度系数非常出色，为50ppm/℃(典型值)，但Rw的温度系数就要差几个数量级，约为3000ppm/℃。因此，对于任何N<230的情况，Rw的净温度系数都占主导地位。Xbpednc

毋庸置疑，在许多精密应用中，Rw的消除将对DPOT的性能产生值得称道的改善。图1的拓扑就能做到这一点。下面是其工作原理。Xbpednc

Xbpednc

图1 运算放大器A1主动驱动数字电位器U1游标端子P0W，迫使Vpob=Vb，同时通过电阻Rwb的电流微乎其微，从而消除了Rw的影响。Xbpednc

A1的(+)输入端连接到参考电压Vb(典型的，但不一定是接地)，(-)输入端连接到U1的P0B引脚，其输出端连接到U1的P0W引脚，这样就建立了一个反馈回路，迫使Vpob=Vb，而不受Rw的影响。如前所述，这将消除Rw的影响。Xbpednc

对于图1所示的A1和U1器件选择来说，补偿电容器C1可能不是绝对必要的，但如果选择更快的A1放大器或更高的Rab电阻Dpot，则可能是必要的。Xbpednc

(原文刊登于EDN美国版，参考链接：Op-amp wipes out DPOT wiper resistance，由Ricardo Xie编译)Xbpednc