设计一个近似于Dpot的PWMpot

数字电位器(“Dpot”)是一种多样化且实用的数字/模拟元件，其分辨率高达10位，元件电阻从1k到1M，电压能力达±15v以上。然而，大多数Dpot都只有8位，单极(通常为0v至+5v)信号电平，电阻为5k至100k，公差为±20%至30%。DWzednc

这一设计实例描述了一种简单且廉价的Dpot类替代方案。它有自身的局限性(主要局限于相对较低的信号频率)，但在实际Dpot往往不足的领域提供了有用且有时更为出色的性能。这些参数包括双极信号范围、极好的差分非线性、严格的电阻精度和可编程分辨率，见图1。DWzednc

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图1：PWM驱动反相CMOS开关和RC网络来仿真DpotDWzednc

RC纹波滤波器将频率响应限制在几十到几百赫兹。DWzednc

当PWM=1时，开关U1b将滑动电极节点W连接至节点B；当PWM=0时，开关U1b将滑动电极节点W连接至节点A。设PWM占空比P=0至1，并假设W没有过载：DWzednc

Vw=P(Vb–Va)+VaDWzednc

同时，开关U1a在PWM=1时将W连接到节点A，在PWM=0时将W连接到节点B，因此与U1b相位差180度。由于交流耦合，这对电位器直流输出没有影响，但相对于U1b的相位反转会产生主动纹波衰减。DWzednc

对于任何给定的N=PWM分辨率位数和Tpwm=PWM周期，将纹波衰减到不超过1个最低有效位(lsb)所需的最小RC时间常数由以下公式给出：DWzednc

RC=TPWM2^(N/2-2)DWzednc

例如：DWzednc

对于N=8，Fpwm=10kHzDWzednc

RC=10kHz^-1*2(8/2-2)=100µs*22=400µsDWzednc

R的最大可接受值取决于负载下所需的Vw电压精度。最小R取决于以下因素：DWzednc

1. 考虑U1b开关Ron的变化后所需的电阻精度：对于图1中的HC4053，r为40±40Ω。
2. 所需的积分非线性(INL)受开关间Ron变化的影响，对于此处的HC4053而言，该值仅为5Ω。

对于N=8位分辨率，R=1k至10k是可行的选择范围。N是可编程的。DWzednc

最终结果就是图2所示的等效电路。请注意，与机械电位器或Dpot不同，它们的输出电阻会随着电位器的设置而发生显著变化，而PWMpot的输出电阻(R+r)名义上是恒定的，与设置无关。DWzednc

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图2：PWMpot的等效电路，其中r=开关Ron，P=PWM占空比，纹波滤波电容器未显示。DWzednc

说个题外话：在思考这个实例的名字时，我最初认为“PWMpot”太长了，并考虑通过删除“WM”使其更短、更吸引人。但是，在大声读出最终的缩写词后，我认为它可能有点太吸引人了。于是将“WM”放了回去！DWzednc

(原文刊登于EDN美国版，参考链接：PWMpot approximates a Dpot，由Ricardo Xie编译)DWzednc