用线性数字电位器实现对数调节-电子技术方案

数字电位器(数字可变电阻或数字可变电阻)digipot)常用于音量控制。在音频系统中，音量衰减应遵循人耳的响应特性，并根据对数规律进行变化。在某些设计中，用简单的低成本线性电位器代替对数抽头电位器(log pot)。本应用笔记介绍了线性电位器在对数应用中的应用，采用小尺寸、低成本、高分辨率的数字电位器。

概述

数字电位器具有可靠性高、尺寸小、使用方便等优点，广泛用于替代机械电位器，特别是在音量控制方面。考虑到人耳对音量衰减的感知是非线性的，对数衰减被视为线性衰减，对数电位器通常用于音频设备，而不是线性数字电位器。如果系统中只提供高分辨率的线性数字电位器，线性电位器可以使用以下方法，而不改变系统硬件(图1)转换成对数电位器。

图1. 该系列数字电位器采用高端、低端、中心抽头连接点的标准配置，中心抽头的位置可沿电阻串移动。

用线性电位器实现对数调节

数字电位器的功能可以通过简单易懂的线性抽头数字电位器来完成。由于数字电位器本质上是一个分压电路，其输出电压和输入电压作用于电位器两端VIN(VIN作用在RH)有一定的对应关系，可以用以下方式表示:

VOUT= VIN(RW-L/ RH-L)

(Eq. 1)

其中，RW-L是中心抽头(W)低端电阻串(L)之间的电阻值，RH-L是电位器两端之间的总电阻。

电压衰减的分贝数按以下公式计算：

衰减量(dB) = 20 * log(VOUT/ VIN)(Eq. 2)

公式(1)VOUT代入式(2)可获得以下关系式:

衰减量(dB) = 20 * log[VIN(RW-L/ RH-L)/VIN] = 20 * log(RW-L/ RH-L)(Eq. 3)

按照图2如电阻值可用于电位器的抽头位置(RW-L)总抽头数(RH-L)表示。


图2. 线性电位器的抽头位于等分电阻串的位置

电位器抽头位置(RW-L)可以说：

RW-L= (Total_Taps - x) * R(Eq. 4)

其中x = 1, 2, 3...Total_Taps，Total_Taps总抽头数。

端到端总电阻为：RH-L= (Total_Taps - 1) * R，衰减可以用下表示：

衰减量(dB) = 20 * log[(Total_Taps - x) / (Total_Taps - 1)](Eq. 5)

其中xTotal_Taps，如果x = Total_Taps，衰减趋于-。

结论

从以上分析可以看出，将线性电位器转换为对数电位器是完全可行的。该方法非常适用于高分辨率线性电位器（128抽头或更高），因为对数电位器的分辨率严格限制在线性抽头点（小于128）的范围内。此外，由于内部结构，如ESD晶体管的保护电路或非线性导电阻可能会影响端点的精度。下面给出的程序代码可以实现衰减与抽头位置之间的位置(图3)要求的抽头位置与衰减之间(图4)的转换。

图3. 该程序用于衰减量与抽头位置之间的转换


图4. 该程序用于抽头位置与衰减之间的转换

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