深入解析Intersil X9313數(shù)字控制電位器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)字控制電位器是一種非常實(shí)用的元件，它為工程師們提供了更加靈活和精確的電路控制方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下Intersil公司的X9313數(shù)字控制電位器（XDCP）。

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一、X9313概述

X9313是一款數(shù)字控制電位器，由電阻陣列、雨刮開關(guān)、控制部分和非易失性存儲(chǔ)器組成。它通過(guò)3線接口控制雨刮器的位置，可作為三端電位器或兩端可變電阻使用，廣泛應(yīng)用于控制、參數(shù)調(diào)整和信號(hào)處理等領(lǐng)域。

二、產(chǎn)品特性

2.1 接口與結(jié)構(gòu)

• 3線串行接口：方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)電位器的精確控制。
• 32個(gè)雨刮抽頭點(diǎn)：提供了豐富的調(diào)節(jié)范圍，能夠滿足不同的應(yīng)用需求。
• 31個(gè)電阻元件：這些電阻元件經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償，端到端電阻范圍為±20%，終端電壓范圍為 -VCC 到 +VCC。

2.2 電氣特性

• 低功耗CMOS：工作電壓 (V_{CC}) 可以是3V或5V，最大工作電流為3mA，最大待機(jī)電流為500μA，有效降低了功耗。
• 高可靠性：每個(gè)位的數(shù)據(jù)更改耐力可達(dá)100,000次，寄存器數(shù)據(jù)保留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100年。
• 多種阻值選擇：總電阻值（RTOTAL）有1kΩ、10kΩ、50kΩ三種可選。

2.3 封裝形式

提供8引腳的SOIC、MSOP和PDIP封裝，并且有無(wú)鉛（RoHS合規(guī)）版本可供選擇。

三、引腳說(shuō)明

3.1 固定端引腳

• RH/VH和RL/VL：分別對(duì)應(yīng)機(jī)械電位器的固定端，其命名參考雨刮器移動(dòng)方向，而非終端電壓電位。

  3.2 雨刮器引腳

• RW/VW：雨刮器終端，相當(dāng)于機(jī)械電位器的可動(dòng)端，雨刮器在陣列中的位置由控制輸入決定，在 (V_{CC}=5V) 時(shí)，雨刮器終端串聯(lián)電阻通常為40Ω。

  3.3 控制引腳

• Up/Down (U/D)：控制雨刮器的移動(dòng)方向以及計(jì)數(shù)器的增減。
• Increment (INC)：負(fù)邊沿觸發(fā)，觸發(fā)INC信號(hào)會(huì)使雨刮器移動(dòng)，并根據(jù)U/D輸入的邏輯電平對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行增減。
• Chip Select (CS)：當(dāng)CS輸入為低電平時(shí)，設(shè)備被選中；當(dāng)CS返回高電平且INC輸入也為高電平時(shí)，當(dāng)前計(jì)數(shù)器值會(huì)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)操作完成后，X9313將進(jìn)入低功耗待機(jī)模式。

四、工作原理

X9313主要由輸入控制、計(jì)數(shù)器和解碼部分、非易失性存儲(chǔ)器以及電阻陣列三部分組成。輸入控制部分就像一個(gè)上下計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)過(guò)解碼后，打開一個(gè)電子開關(guān)，將電阻陣列上的一個(gè)點(diǎn)連接到雨刮器輸出。在適當(dāng)?shù)臈l件下，計(jì)數(shù)器的內(nèi)容可以存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，以備將來(lái)使用。電阻陣列由31個(gè)串聯(lián)的電阻組成，陣列兩端和每個(gè)電阻之間都有一個(gè)電子開關(guān)，將該點(diǎn)的電位傳遞到雨刮器。

雨刮器在到達(dá)任一固定端時(shí)，其行為類似于機(jī)械電位器，不會(huì)超出最后一個(gè)位置，即計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)到任一極端時(shí)不會(huì)環(huán)繞。當(dāng)雨刮器改變抽頭位置時(shí)，設(shè)備上的電子開關(guān)以“先接后斷”模式工作。如果雨刮器移動(dòng)多個(gè)位置，在 (t{1} w)（INC到 (V{W}) 變化）期間，多個(gè)抽頭會(huì)連接到雨刮器，此時(shí)設(shè)備的 (RTOTAL) 值可能會(huì)暫時(shí)顯著降低。

當(dāng)設(shè)備斷電時(shí)，最后存儲(chǔ)的雨刮器位置會(huì)保存在非易失性存儲(chǔ)器中；恢復(fù)供電后，存儲(chǔ)器中的內(nèi)容會(huì)被召回，雨刮器會(huì)設(shè)置為最后存儲(chǔ)的值。

五、指令與編程

INC、U/D和CS輸入控制雨刮器沿電阻陣列的移動(dòng)。當(dāng)CS設(shè)置為低電平時(shí)，設(shè)備被選中并響應(yīng)U/D和INC輸入。INC的高到低轉(zhuǎn)換會(huì)根據(jù)U/D輸入的狀態(tài)對(duì)一個(gè)7位計(jì)數(shù)器進(jìn)行增減。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)過(guò)解碼后，選擇電阻陣列上的32個(gè)雨刮器位置之一。

當(dāng)CS轉(zhuǎn)換為高電平且INC輸入也為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器的值會(huì)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)可以選擇X9313、移動(dòng)雨刮器并取消選擇設(shè)備，而無(wú)需將最新的雨刮器位置存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。在完成雨刮器移動(dòng)并到達(dá)新位置后，系統(tǒng)必須保持INC為低電平，同時(shí)將CS置為高電平。新的雨刮器位置將保持不變，直到系統(tǒng)更改或在電源上下電周期召回之前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

這種操作方式允許系統(tǒng)始終在上電時(shí)恢復(fù)到非易失性存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的預(yù)設(shè)值，然后在系統(tǒng)運(yùn)行期間進(jìn)行微調(diào)，這些調(diào)整可能基于用戶偏好、溫度漂移導(dǎo)致的系統(tǒng)參數(shù)變化等。

在CS保持低電平時(shí)，可以更改U/D的狀態(tài)，這使得主機(jī)系統(tǒng)能夠啟用設(shè)備并上下移動(dòng)雨刮器，直到達(dá)到適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)值。

六、電氣規(guī)格

6.1 絕對(duì)最大額定值

• 溫度：偏置下的溫度范圍為 -65°C 到 +135°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 -65°C 到 +150°C。
• 電壓：CS、INC、U/D和VH、VL、Vw相對(duì)于Vss的電壓范圍為 -1V 到 +7V；AV = VH - VL相對(duì)于Vss的電壓范圍為 -6V 到 +7V，X9313為4V，X9313W、X9313U為10V。
• 電流：Iw（10s）最大為8.8mA。
• ESD額定值：人體模型為2.0kV，機(jī)器模型為200V。

6.2 推薦工作條件

• 溫度：商業(yè)級(jí)為0°C 到 +70°C，工業(yè)級(jí)為 -40°C 到 +85°C。
• 電源電壓：X9313為 (V_{CC}) ±10%，X9313 - 3為3V到5.5V。
• 最大雨刮器電流：4.4mA。
• 功率額定值：RTOTAL ≥ 10k時(shí)為10mW，RTOTAL = 1k時(shí)為16mW。

6.3 電位器特性

包括端到端電阻公差、終端電壓、雨刮器電阻、雨刮器電流、噪聲、分辨率、線性度、溫度系數(shù)和電位器電容等參數(shù)。

6.4 直流電氣規(guī)格

涵蓋Vcc工作電流、待機(jī)電源電流、輸入泄漏電流、輸入高/低電流、輸入電容等參數(shù)。

6.5 交流電氣規(guī)格

包括CS到INC設(shè)置時(shí)間、INC高到U/D變化時(shí)間、U/D到INC設(shè)置時(shí)間、INC低/高周期、INC非活動(dòng)到CS非活動(dòng)時(shí)間、CS取消選擇時(shí)間、INC到Vw變化時(shí)間、INC周期時(shí)間、INC輸入上升和下降時(shí)間、上電到雨刮器穩(wěn)定時(shí)間、Vcc上電速率和存儲(chǔ)周期等參數(shù)。

七、上電和掉電要求

推薦的上電順序是先施加 (V{CC}) 和 (V{SS})，然后施加電位器電壓。在上電期間，直到 (V{CC}) 達(dá)到最終值1ms后，DCP的數(shù)據(jù)表參數(shù)才完全適用，同時(shí) (V{CC}) 斜坡規(guī)格始終有效。為了防止不必要的抽頭位置變化或意外存儲(chǔ)，在上電時(shí)應(yīng)在 (V_{CC}) 引腳之前或同時(shí)將CS和INC置為高電平。

八、應(yīng)用信息

電子數(shù)字控制電位器（XDCP）具有三個(gè)強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：

• 固態(tài)電位器的可變性和可靠性：固態(tài)結(jié)構(gòu)使得電位器更加耐用，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境。
• 基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字控制的靈活性：可以通過(guò)數(shù)字信號(hào)精確控制電位器的阻值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)。
• 非易失性存儲(chǔ)器的保留性：用于存儲(chǔ)多個(gè)電位器設(shè)置或數(shù)據(jù)，方便在不同的工作模式之間切換。

常見的應(yīng)用電路包括三端電位器、可變電壓分壓器、兩端可變電阻、緩沖參考電壓、級(jí)聯(lián)技術(shù)、非反相放大器、電壓調(diào)節(jié)器、偏移電壓調(diào)整和帶滯后的比較器等。

Intersil X9313數(shù)字控制電位器以其豐富的特性、靈活的控制方式和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，為電子工程師們提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的需求合理選擇和使用該電位器，同時(shí)要注意其電氣規(guī)格和工作條件，以確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在使用X9313的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。