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用線性數字電位器實現對數調節

發布時間:2010-9-25 11:45    發布者:eetech
關鍵詞: 對數 , 數字電位器 , 線性
數字電位器具有可靠性高、尺寸小、易使用等優點,被廣泛用來替代機械式電位器,尤其是在音量控制方面,應用非常普遍。考慮到人耳對音量衰減的感知是非線性的,會把對數衰減當作線性衰減,所以,音頻設備中一般傾向于使用對數數字電位器,而不是線性數字電位器。如果系統內只提供了高分辨率的線性數字電位器,在不更改系統硬件的前提下,可以采用以下方式將線性電位器(圖1)轉換成對數電位器。  



圖1. 該系列數字電位器采用標準配置,具有電阻串的高端、低端以及中心抽頭連接點,中心抽頭的位置可以沿著電阻串移動。

用線性電位器實現對數調節

利用數學關系式簡單、易懂的線性抽頭數字電位器,可以完成對數數字電位器的功能。由于數字電位器實質上是一個分壓電路,其輸出電壓與作用在電位器兩端的輸入電壓VIN (VIN作用在RH)存在一定的對應關系,可以用下式表示:

VOUT = VIN(RW-L / RH-L)(Eq. 1)

其中,RW-L是中心抽頭(W)和電阻串低端(L)之間的電阻值,RH-L是電位器兩端之間的總電阻。

按照下式計算電壓衰減量的分貝數:

衰減量(dB) = 20 * log(VOUT / VIN)(Eq. 2)

將公式(1)的VOUT代入式(2),可以得到以下關系式:

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

按照圖2所示,電阻值可以用電位器的抽頭位置(RW-L)和總的抽頭數(RH-L)表示。



圖2. 線性電位器的抽頭點位于等分電阻串的位置

電位器抽頭位置(RW-L)可以表示為:

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

其中x = 1, 2, 3...Total_Taps,Total_Taps是總的抽頭數。

由于第一個抽頭點(最小衰減量)不含電阻,端至端總電阻為:RH-L = (Total_Taps - 1) * R,衰減量可以用下式表示:  

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

其中x Total_Taps,如果x = Total_Taps,則衰減量趨于-。

結論

由上述分析可見,將線性電位器轉換成對數電位器是完全可行的,這種方法非常適合高分辨率線性電位器(128抽頭或更高),因為對數電位器的分辨率被嚴格限定在線性抽頭點的范圍內(少于128)。此外,由于內部結構,如ESD保護電路或作為開關的晶體管的非線性導通電阻,可能在端點處影響精度。下面給出的程序代碼可以實現衰減量與抽頭位置之間(圖3)以及所要求的抽頭位置與衰減量之間(圖4)的轉換。



圖3. 該程序用于衰減量與抽頭位置之間的轉換



圖4. 該程序用于抽頭位置與衰減量之間的轉換
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