专利名称：改进的线性度和稳定时间的数字切换式电位计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字控制电位计，特别涉及一种具有增强的线性度和更快的稳定时间的数字电位计。
数字电位计，有时指的是“电压比例定标(scaling)的数-模转换器(DAC)”，正在取代模拟电位计，因为数字电位计体积更小、更容易进行精确设置、可进行远程控制并且其造价越来越低。数字电位计的调节细度或者“粒度”是由“数字位”的数量来确定，其中“数字位”的数量用于选择所所需的电阻值，即8位可允许有256种不同的阻值选择，10位允许有1024种选择等。更精确的调节粒度(更多的数字位)的缺点是使得实现数字电位计所需的附件(电阻、开关、解码器和逻辑电路)的数量迅速增加。
电压数模转换器DAC通过一个可选择的分接抽头的分压电阻串产生一个模拟输出电压，该分接抽头的分压电阻串连接在高参考电压和低参考电压之间，其中低参考电压一般是接地的。这些类型的转换器最常作为金属氧化物半导体(“MOS”)模数转换系统中的组合部件，它们作为连续近似型模数转换器的DAC子部分。对于一个N位的电压比例定标的数模转换器DAC，电阻串由2N个相同的电阻串联而成，DAC作为一个电位计，其中顺序串接的电阻之间的电压电平由一个二元式开关装置进行取样。数字电位计替代机械电位计和可变电阻器是非常重要的，因为机械电位计和可变电阻器的体积一般都很大。
图1为N位DAC的根据电压比例定标原理操作的示意图。由串接的电阻R1、R2、R3……R2N-1、R2N组成一个电阻串，该电阻串连接在一个高参考电压(VREF+)节点2和一个低参考电压(VREF-)节点4之间，高参考电压和低参考电压的电压值典型的分别为5V和接地。每一个电阻上的电压降等于输出电压变化的最低有效位(LSB)。采用一个解码开关网络，如附图中的开关S1,S2,S3,……,S2N对输出进行采样。每一个开关分接在电阻串的不同点上，这样闭合一个特定的电阻同时使其它电阻处于断开状态，可使唯一的模拟电压输出到公共输出线6上，每一个开关都与该公共输出线6相连接。一个解码器(图中未示出)控制着开关的操作，这样将电压与输入的数字信号的量值相应的开关闭合。由一个高阻抗缓冲放大器或者一个电压跟随器A1可检测在模拟输出线6上的信号，且其输出与产生最终输出模拟电压的输出终端8相连接。为了确保转换的精度，缓冲放大器应吸取与电阻串内的电流相比的一个可忽略的直流偏流。用于高位计数D/A转换的这种类型的电路的主要缺点是所需的部件的数量非常大2N个电阻、2N个开关和2N个逻辑驱动线路。例如，在一个12位的实施方案中，将需要使用4096个电阻、4096个开关和4096个逻辑驱动线路。因此非常需要能减少部件的庞大数量，从而可以节省面积、提高产量和降低成本。
目前有一种电压比例定标(scaling)数模转换器DAC，通过使用一个电阻串和一个分立的电阻串，它能大大减少所需的电阻和开关的数量，该电阻串由2N个电阻组合成并用于输入数字信号的最高有效位(MSB)，该分立电阻串也由2N个电阻组合成并用于最低有效位(LSB)。在LSB串中的每一个电阻的阻值等于每一个MSB电阻的阻值的1/2N/2。LSB串的相对端与其中一个MSM电阻并联。通过改变选择用于LSB串连接的MSB电阻和从LSB串中取得一输出，在由1到2N/2-1 LSB的全部范围内可以得到按一个LSB增量的输出。
在Jame J.Ashe的美国专利US5495245中公开了用于数字电位计的一个减少部件计数电阻开关的结构。现参考附图2，在Ashe的专利中公开的数字电位计使用两个外部串10和12，以形成一个递降的电压模式(pattern)，当在内部串14提供一个与LSB相应的模拟信号时，该递降的电压模式可以提供一个与输入的数字信号的MSB相应的模拟信号；另外，外部串可提供一个LSB和内部串的MSB。两个外部串10和12是相同的，第一外部串的高压端与高参考电压VREF+相连接，第二外部串12的低压端与低参考电压VREF-相连接。通过由一个解码器(图中未示出)操作的相应的外部开关网络，内部串14的相对端与第一和第二外部串10、12相连接，解码器可有效地引起内部串的相对端沿着两个外部串进行“滑动”。这种“滑动”可以保持电路中恒定数目的外部串电阻，而不管外部串在何处分接。不要求有有源元件在内部串和外部串之间进行缓冲，这样可以使公开的电路用作电位计或者可变电阻器。通过在内部串14中一个所需的位置分接抽头而得到输出电压。在Ashe的发明中，无论MSB值是否由内部或者外部串产生，每一个MSB电阻串包括阻值为R的2N/2-1个电阻和2N/2个开关。每一个LSB电阻串包括阻值为R/2N/2的2N/2个电阻和2N/2个开关。与图1中的电位计电路相比，Ashe的数字电位计可以大量减少电阻器和开关的数量。
Ashe公开的数字电位计具有因电阻的原因固有的非线性、互联性和开关电阻不匹配，以及由于位于MSB电阻串的输出分接抽头上的并联连接的开关的巨大内部电容量引起的很长的开关稳定(settling)时间。
因此，所需的数字电位计应保持简单和经济，即在较大(major)串和较小(minor)串及开关的组合中减少电阻和开关数量，但是当电阻值被开关切换时应具有较好的线性度和较短的稳定时间。
通过提供一种当电阻值被开关切换时具有改进的线性度和较短的稳定时间的数字电位计，由此本发明克服了上面提及的问题以及现有技术中其它缺点和不足。通过使用用于开关的互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管，可将本发明数字电位计的实施例制作在一个集成电路模片上。
本发明的一个实施例使用两个成比例定标的较小电阻串(LSB)作为上部序列(rank)和下部序列，一个较大电阻串(MSB)作为连接上部序列和下部序列的桥接序列(bridge rank)。上部序列和下部序列的开关连接在相应考电压参考点和上部序列和下部序列的串联电阻之间。附加开关从桥接序列(MSB)电阻连接到数字电位计的输出节点(电刷)。数字值的MSB部分由一个桥接序列开关进行选择，数字值的LSB部分由一对和上部序列和下部序列相连接的开关进行选择。上部序列和下部序列的变化部分与桥接序列相连结，所有可用的抽头点等于桥接序列的抽头点的数目和另一个(上部或者下部)序列上的抽头点的乘积。
与现有技术中的数字电位计相比，本发明的数字电位计电路的整体线性度可以明显地得到改善，因为所有电阻值的大半总是用于电位计的总的电阻值。不像现有技术中的数字电位计那样，将近50％的总电阻涉及电阻器的交换。上部序列和下部序列的匹配要求现在减到了成比例定标的电阻值，保证单调性的匹配水平按相同的倍数降低。
与现有技术的每一个开关的偏压随着在序列中的位置不同而变化相反，在上部序列和下部序列中所有的开关经受相同恒定的偏压(意思是它们具有相同的恒定电阻值)。在下部序列中的开关也是这样的。因此，没有必要独立地去校准每一个开关，使它们的电阻值相匹配。
本发明的交流电(AC)性能相对现有技术也得到了改善，因为在上部序列和下部序列开关的电压电平现在被限制在先前范围的一个很小的部分内，该部分大于在较大序列(桥接序列)中的电阻的数目。开关部分的电容量的减少导致了较短的稳定时间和改善的交流电响应。通过从公共信号总线的设置节点处除去开关电容影响，本发明的开关布置进一步提高了交流电性能。现在稳定时间仅受到所有序列电阻器的和桥接序列开关的电容量的影响。
本发明的另一个是实施例用两个成比例定标的较大电阻串(MSB)作为上部序列和下部序列，一个较小电阻串(LSB)作为桥接序列连接在上部序列和下部序列之间。上部序列和下部序列的开关连接在相应的电压参考点和上部序列与下部序列的串联电阻之间。附加开关从桥接序列电阻连接到数字电位计的输出节点(电刷)上。按照其中一个桥接序列开关选择数字值的LSB部分，按照一对连接到上部序列与下部序列的开关选择数字值的MSB部分。
通过下面结合附图对本发明的为公开目的提供的优选实施例描述，可以清楚的看到本发明的特点和优点。
图1为现有技术数字电位计的示意图；图2为具有更高效连接的现有技术数字电位计的示意图；图3为本发明的一个实施例的示意图；图4为图3中的实施例的为电阻所需组合的接通的开关表；图5为本发明另一个实施例的示意图；图6为图5中的实施例的为电阻所需组合的接通的开关表；图7为本发明的三个实施例的示意图；图8为图7中的实施例的为电阻所需组合的接通的开关表；图9为本发明的第四个实施例的示意图；图10为图9中的实施例的为电阻所需组合的接通的开关表。
本发明提供一种数字电位计，当电阻值因开关切换而改变时该数字电位计具有较好的线性度和较短的稳定时间。本发明的实施例可以被制造在一个集成电路模片上，或者单独的或者与其它模拟和数字功能(电路)组合在一起，并被封装在一个集成电路块中。可以使用将电阻、开关和其它电路制造在一个集成电路模片上的常规实施方法，该常规实施方法是为模拟和数字集成电路设计和制造技术领域熟练的技术人员所公知的。根据本发明的实施例，可以使用N沟道和P沟道金属氧化物半导体(NMOS和PMOS)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、场效应晶体管、结型场效应晶体管(JFET)、隔离栅场效应晶体管(IGFET)和类似物来实现开关和其它电路。也可将本发明应用到数字控制电位计、数模转换器及其它中。
本发明的实施例使用由两个外部串和一个内部串组成的一个分段电阻串，而不是采用一个由2N的电阻组合成的连续的电阻串。外部串可以改变输入信号的LSB和内部串的MSB，或者反之亦然。两个外部串具有基本相同的结构，并通过将内部串“滑动”通过外部串，来改变它们的输入数字信号的部分，这样可通过一个外部串将相等数目的电阻添加到递减电路中，及减去对于数字输入的每一个变化(LSB或者MSB)的另一个外部串。
在本发明具有由数字输入的LSB控制的外部串和由MSB控制的内部串的实施例中，两个外部串(LSB)组合的连接总电阻值等于其中一个内部电阻串(MSB)电阻的阻值。在本发明具有由数字输入的MSB控制的外部串和由LSB控制的内部串的实施例中，内部串(LSB)组合的连接总电阻值等于外部电阻串(MSB)其中一个电阻的阻值。(在每一个串中电阻及开关的数目和开关的位置与第一种情况相比会有稍微的不同)。
根据本发明的实施例，数字电位计的总连接电阻(从一个输入节点到另一个)为2N/2和一个MSB电阻的阻值(无论是内部串还是外部串)的乘积。电阻粒度或者电阻阶式变化可能的数目等于LSB电阻值增量的2N，其中N为正偶数即N=2、4、6、8等。
具有2N/2个电阻的连接的外部电阻串(LSB)的电阻和最好等于内部串电阻任一个的电阻值(对于内部串MSB)。外部串电阻(LSB)的任一个的电阻值最好为外部串电阻(LSB)的电阻和的2-N/2，其中N为正偶数，即N=2、4、6、8等。
内部串电阻(LSB)的电阻和最好等于外部串电阻任一个的电阻值(对于外部串MSB)。内部串电阻(LSB)的任一个的电阻值最好为内部串电阻(LSB)的电阻和的2-N/2，其中N为正偶数，即N=2、4、6、8等。
所有的外部串电阻具有相等阻值，所有的内部串电阻具有相等的阻值。
7-5用于一个MSB内部串的电阻的数目为2N/2-1，用于LSB电阻串的电阻的数目为2N/2，用于另一个LSB外部串的电阻的数目为2N/2-1，用于每一个串的开关的数目为2N/2，其中N为正偶数，即N=2、4、6、8等。
用于一个LSB内部串的电阻的数目为2N/2，用于MSB外部串的任一个的电阻的数目为2N/2-1，用于另一个MSB串的数目为2N/2，用于每一个串的开关的数目为2N/2，其中N为正偶数，即N=2、4、6、8等。
在下文中描述的所有实施例使用4位二元式控制进行说明。在数字和模拟电子学技术领域的普通技术人员会认识到是本发明的实施例也可同样连同相应数目的开关和电阻，应用于用于控制字的任何数字的二进制位数，以便与使用的二进制位数相匹配。
现在参考附图，示意性说明本发明的优选实施例的细节。附图中的相同部件由相同的标号代表，相似的部件由相同的标号和不同的下标代表。
参考附图3说明根据本发明说明数字电位计的示意图。数字电位计的标号为300并且包括多个电阻RLSB和RMSB和相连接的多个开关S1～S12。电阻RLSB与开关S1～S4和S9～S12相关联。电阻RMSB与开关S5～S8相关联。开关R1～R4和相关联的电阻RLSB在串306中相连接。开关R5～R8和相关联的电阻RMSB在串304中相连接。开关R9～R12和相联合的电阻RLSB在串302中相连接。
相应的开关控制线(图中未示出)与开关S1～S12的每一个相连接并用于接通开关S1～S12中的每一个。开关控制线可以进一步由一个编码成二进制、八进制、十进制、十六进制等的数字信号进行控制，该数字信号可以由一个专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)或者从一个微控制器来的数字字进行解码。将控制信号提供在适当的开关控制线上以接通所所需的开关，以便为数字电位计产生所需的电阻值。
开关S1～S4和开关S9～S12位于两个输入参考节点Vcc、地和电阻RLSB之间。这种结构可以有助于减少与输出节点相关联的电容量。减少输出节点电容量可导致在开关转换操作后较快的稳定时间并能提高交流电(AC)频率响应。
将开关S1～S4配置在电阻串306和将开关S9～S12配置在电阻串302中可进一步提高选择的电阻值的线性度，因为由场效应晶体管(FET)开关的体效应引起的开关电阻变化较小。这是因为在场效应晶体管开关的源极-栅极结之间有更均匀的电压控制，因为场效应晶体管的源极现在通常与Vcc节点或接地节点相连接，不会象Jame J.Ashe的美国专利US5495245中描述的那样随着电阻值的变化而漂移。
Vcc节点也可以用作第一信号输入节点，接地节点也可以用作第二信号输入节点。然后输出节点结合公共第一或者第二信号输入节点进行工作。
开关S1～S4和开关S9～S12可以由数字字的最低有效位控制，开关S5～S8可以由数字字的最高有效位进行控制，反之亦然。为了便于描述例如使用四位数字字进行说明，然而可以预期并在本发明的范围之内，本发明的实施例可以使用用于数字字的多位，只是受指定应用的成本和复杂性的限制。
现参考附图4，根据图3中的实施例，表示了用于所需的电阻组合接通的开关表。Vcc值的分数在左侧列中，四位二进制字表示在向右的下一列，开关接通模式在每一行中用“X”表示，代表Vcc值的分数。例如二进制字1111代表满刻度或者16/16Vcc，开关S1、S8和S9闭合。二进制字0111代表了一半刻度或者8/16Vcc，开关S1、S6和S9闭合。这样通过如图4中所示的适当的开关闭合组合，可以得到除了0/16以外的所有以1/16为增量的Vcc的分数。因为在低端串306中有一个额外的RLSB，在本发明的这个实施例中只能得到1/16到16/16Vcc。通过更大的二进制控制字(更多位)和在串中的电阻和开关的数目相应的增加可以电阻变化的更为精细的粒度。
参考附图5，展示了一个根据本发明另一个实施例的数字电位计的示意图。标号500代表数字电位计并包括多个电阻RLSB、RMSB和多个相连接的开关S1～S12。电阻RLSB与开关S1～S4及开关S9～S12相关联。电阻RMSB与开关S5～S8相关联。开关R1～R4和相关联的电阻RLSB在串506中相连接。开关R5～R8和相关联的电阻RMSB在串504中相连接。开关R9～R12和相关联的电阻RLSB在串502中相连接。
相应的开关控制线(图中未示出)与开关S1～S12的每一个相连接并用于接通开关S1～S12中的每一个。开关控制线可以进一步由一个编码成二进制、八进制、十进制、十六进制等的数字信号进行控制，该数字信号可以由一个专用集成电路(ASIC)、可编辑逻辑阵列(PLA)或者从一个微控制器来的数字字进行解码。将控制信号提供在适当的开关控制线上以接通所所需的开关，以便为数字电位计产生所需的电阻值。
开关S1～S4和开关S9～S12位于两个输入参考节点Vcc、地和电阻RLSB之间。这种结构可以有助于减少与输出节点相关联的电容量。减少输出节点电容量可导致在开关转换操作后较快的稳定时间并能提高交流电(AC)频率响应。
将开关S1～S4配置在电阻串506和将开关S9～S12配置在电阻串502中可进一步提高选择的电阻值的线性度，因为由场效应晶体管(FET)开关的体效应引起的开关电阻变化较小。这是因为在场效应晶体管开关的源极-栅极结之间有更均匀的电压控制，因为场效应晶体管的源极现在通常与Vcc节点或接地节点相连接，不会象Jame J.Ashe的美国专利US5495245中描述的那样随着电阻值的变化而漂移。
Vcc节点也可以用作第一信号输入节点，接地节点也可以用作第二信号输入节点。然后输出节点结合公共第一或者第二信号输入节点工作。
开关S1～S4和开关S9～S12可以由数字字的最低有效位控制，开关S5～S8可以由数字字的最高有效位进行控制，反之亦然。为了便于描述使用四位数字字进行说明，然而可以预期并在本发明的范围之内，本发明的实施例可以使用用于数字字的任何位数，只是受指定应用的成本和复杂性的限制。
现参考附图6，该图表示据图5中的实施例的用于所需的电阻组合接通的开关表。Vcc值的分数在左侧列中，向右侧的下一列代表四位二进制字，开关接通模式在每一行中用“X”表示，代表Vcc值的分数。例如二进制字1111代表15/16Vcc，开关S1、S8和S9闭合。二进制字1000代表了一半刻度或者8/16Vcc，开关S4、S7和S12闭合。这样通过如图6中所示的适当的开关闭合组合，可以得到除了16/16以外的所有以1/16为增量的Vcc的分数。因为在上端串502中有一个额外的RLSB，在本发明的这个实施例中只能得到1/16到16/16Vcc。通过更大的二进制控制字(更多位)和在串中的电阻和开关的数目相应的增加可以得到电阻变化的更为精细的粒度。
参考附图7，该图表示根据本发明的第三实施例的数字电位计的示意图。标号700代表数字电位计并且包括多个电阻RMSB和RLSB和相连接的多个开关S1～S12。电阻RMSB与开关S1～S4和S9～S12相关联。电阻RLSB与开关S5～S8相关联。开关R1～R4和相关联的电阻RMSB在串706中相连接。开关R5～R8和相关联的电阻RLSB在串704中相连接。开关R9～R12和相关联的电阻RMSB在串702中相连接。
相应的开关控制线(图中未示出)与开关S1～S12的每一个相连接并用于接通开关S1～S12中的每一个。开关控制线可以进一步由一个编码成二进制、八进制、十进制、十六进制等的数字信号进行控制，该数字信号可以由一个专用集成电路(ASIC)、可编辑逻辑阵列(PLA)或者从一个微控制器来的数字字进行解码。将控制信号提供在适当的开关控制线上，以接通所所需的开关，以便为数字电位计产生所需的电阻值。
开关S1～S4和开关S9～S12位于两个输入参考节点Vcc、地和电阻RMSB之间。这种结构可以有助于减少与输出节点相关联的电容量。减少输出节点电容量可导致在开关转换操作后较快的稳定时间并能提高交流电(AC)频率响应。
将开关S1～S4配置在电阻串706和将开关S9～S12配置在电阻串702中可进一步提高选择的电阻值的线性度，因为由场效应晶体管(FET)开关的体效应引起的开关电阻变化较小。这是因为在场效应晶体管开关的源极-栅极结之间有更均匀的电压控制，因为场效应晶体管的源极现在通常与Vcc节点或接地节点相连接，不会象Jame J.Ashe的美国专利US5495245中描述的那样随着电阻值的变化而漂移。
Vcc节点也可以用作第一信号输入节点，接地节点也可以用作第二信号输入节点。然后输出节结合共第一或者第二信号输入节点工作。
开关S1～S4和开关S9～S2可以由数字字的最高有效位控制，开关S5～S8可以由数字字的最低有效位进行控制。为了便于描述使用四位数字字进行说明，然而可以预期并在本发明的范围之内，本发明的实施例可以使用任何位数的数字字，只是受指定应用的成本和复杂性限制。
现参考附图8，该图表示根据图7中的实施例的用于所需的电阻组合接通的开关表。Vcc值的分数在左侧列中，向右侧的下一列代表四位二进制字，开关接通模式在每一行中用“X”表示，代表Vcc值的分数。例如二进制字1111代表满刻度或者16/16Vcc，开关S1、S8和S9闭合。二进制字0111代表了一半刻度或者8/16Vcc，开关S3、S8和S11闭合。这样通过如图4中所示的适当的开闭合组合，可以得到除了0/16以外的所有以1/16为增量的Vcc的分数。因为在与低端串706相连接的中间串704中有一个额外的RLSB，在本发明的这个实施例中只能得到1/16到16/16Vcc。通过更大的二进制控制字(更多位)和在串中的电阻和开关的数目相应的增加可以电阻变化的更为精细的粒度。
参考附图9，该图表示根据本发明的第四实施例的数字电位计的示意图。标号900代表数字电位计并且包括多个电阻RMSB、RLSB和相连接的多个开关S1～S12。电阻RMSB与开关S1～S4和S9～S2相关联。电阻RLSB与开关S5～S8相关联。开关R1～R4和相关联的电阻RLSB在串906中相连接。开关R5～R8和相关联的电阻RLSB在串904中相连接。开关R9～R12和相关联的电阻RMSB在串902中相连接。
相应的开关控制线(图中未示出)与开关S1～S12的每一个相连接并用于接通开关S1～S12中的每一个。开关控制线可以进一步由编码为二进制、八进制、十进制、十六进制等的数字信号进行控制，该数字信号可以由一个专用集成电路(ASIC)、可编辑逻辑阵列(PLA)或者从一个微控制器来的数字字进行解码。将控制信号提供在适当的开关控制线上，以接通所所需的开关，以便为数字电位计产生所需的电阻值。
开关S1～S4和开关S9～S12位于两个输入参考节点Vcc、地和电阻RMSB之间。这种结构可以有助于减少与输出节点相关联的电容量。减少输出节点电容量可导致在开关转换操作后较快的稳定时间并能提高交流电(AC)频率响应。
将开关S1～S4配置在电阻串906和将开关S9～S12配置在电阻串902中可进一步提高选择的电阻值的线性度，因为由场效应晶体管(FET)开关的体效应引起的开关电阻变化较小。这是因为在场效应晶体管开关的源极-栅极结之间有更均匀的电压控制，因为场效应晶体管的源极现在通常与Vcc节点或接地节点相连接，不会象Jame J.Ashe的美国专利US5495245中描述的那样随着电阻值的变化而漂移。
Vcc节点也可以用作第一信号输入节点，接地节点也可以用作第二信号输入节点。然后输出节结合共用的第一或者第二信号输入节点工作。
开关S1～S4和开关S9～S12可以由数字字的最高有效位控制，开关S5～S8可以由数字字的最低有效位进行控制。为了便于描述使用四位数字字进行说明，然而可以预期并在本发明的范围之内，本发明的实施例可以使用任何位数的数字字，只是受指定应用的成本和复杂性的限制。
现参考附图10，该图表示根据图9中的实施例的用于所需的电阻组合接通的开关表。Vcc值的分数在左侧列中，向右侧的下一列代表四位二进制字，开关接通模式在每一行中用“X”表示，代表Vcc值的分数。例如二进制字1111代表15/16Vcc，开关S1、S8和S9闭合。二进制字1000代表了一半刻度或者8/16Vcc，开关S2、S5和S10闭合。这样通过如图10中所示的适当的开关闭合组合，可以得到除了0/16以外的所有以16/16为增量的Vcc的分数。因为在与低端串902相连接的中间串904中有一个额外的RLSB，在本发明的这个实施例中只能得到0/16到15/16Vcc。通过更大的二进制控制字(更多位)和在串中的电阻和开关的数目相应的增加可以电阻变化的更为精细的粒度。
因此本发明能很好地实现本发明的目的并能达到上述提及的目标和优点以及其它固有的优点。虽然在前面已经对本发明进行过描述并参考本发明特定的实施例进行了详细说明，但这样的参考实施例不意味着对本发明的限制，非指出对本发明的限制。对于相关领域的普通技术人员可以对本发明进行一些修改、变更和在形式及功能上的替换。前面描述的本发明的最好实施例仅仅是一些典型的例子，但本发明的范围并不限于这些例子。因此意在通过附加的权利要求的范围和精神来确定本发明的范围。
权利要求
1．一种数字电位计，包括一个与一个第一输入节点相连接的第一多个开关；一个与一个第二输入节点相连接的第二多个开关；一个与输出节点相连接的第三多个开关；一个串联连接的第一电阻串；一个串联连接的第二电阻串；和一个串联连接的第三电阻串；其中所述串联连接的第三电阻串连接在所述串联连接的第一和第二电阻串之间，所述第一多个开关连接在第一输入节点和所述串联连接的第一电阻串之间，所述第二多个开关连接在第二输入节点和所述串联连接的第二电阻串之间，所述第三多个开关连接在输出节点和所述串联连接的第三电阻串之间。
2．根据权利要求1所述的数字电位计，其中所述第一多个开关包括2N/2个开关；所述第二多个开关包括2N/2个开关；所述第三多个开关包括2N/2个开关；所述串联连接的第一电阻串包括2N/2-1个电阻；所述串联连接的第二电阻串包括2N/2个电阻；所述串联连接的第三电阻串包括2N/2-1个电阻；其中N是从一组正偶数中选择的。
3．根据权利要求1所述的数字电位计，其中所述第一多个开关包括2N/2个开关；所述第二多个开关包括2N/2个开关；所述第三多个开关包括2N/2个开关；所述串联连接的第一电阻串包括2N/2个电阻；所述串联连接的第二电阻串包括2N/2-1个电阻；所述串联连接的第三电阻串包括2N/2-1个电阻；其中N是从一组正偶数中选择的。
4．根据权利要求1所述的数字电位计，其中所述第一多个开关包括2N/2个开关；所述第二多个开关包括2N/2个开关；所述第三多个开关包括2N/2个开关；所述串联连接的第一电阻串包括2N/2-1个电阻；所述串联连接的第二电阻串包括2N/2-1个电阻；所述串联连接的第三电阻串包括2N/2个电阻；其中N是从一组正偶数中选择的。
5．根据权利要求1所述的数字电位计，其中在串联连接的第一和第二电阻串中的每一个电阻具有相同的电阻值，所述串联连接的第三电阻串具有与在所述串联连接的第一、二电阻串中的任一个电阻相同的电阻值。
6．根据权利要求5所述的数字电位计，其中所述串联连接的第三电阻串中的每一个电阻的电阻值为在所述串联连接的第一、二电阻串中的任一个电阻阻值的2-N/2。
7．根据权利要求1所述的数字电位计，其中在串联连接的第一和第二电阻串中的每一个电阻具有相同的第一电阻值，所述串联连接的第三电阻串中的每一个电阻具有相同的第二电阻值。
8．根据权利要求7所述的数字电位计，其中所述串联连接的第一、二电阻串中的每一个电阻的电阻值为在所述串联连接的第三电阻串中的任一个电阻阻值的2-N/2。
9．根据权利要求1所述的数字电位计，其中所述串联连接的第一电阻串中的每一个电阻与所述第一多个开关中的相应的一个相连接。
10．根据权利要求1所述的数字电位计，其中所述串联连接的第二电阻串中的每一个电阻与所述第二多个开关中的相应的一个相连接。
11．根据权利要求1所述的数字电位计，其中所述串联连接的第三电阻串中的每一个电阻与所述第三多个开关中的相应的一个相连接。
12．根据权利要求1所述的数字电位计，其中第一输入节点为正电压，第二输入节点接地。
13．根据权利要求1所述的数字电位计，其中所述第一、第二、第三多个开关利用一个由专用集成电路变换的数字字进行控制。
14．根据权利要求1所述的数字电位计，其中所述第一、第二、第三多个开关利用一个由一个可编程逻辑阵列的变换的数字字进行控制。
15．根据权利要求1所述的数字电位计，其中所述第一、第二、第三多个开关由一个微控制器控制的软件程序进行控制。
16．根据权利要求1所述的数字电位计，其中所述第一、第二、第三多个开关由场效应晶体管组成。
17．根据权利要求16所述的数字电位计，其中所述的场效应晶体管由N沟道和P沟道晶体管组成。
18．根据权利要求1所述的数字电位计，其中所述第一、第二、第三多个开关由互补金属氧化物半导体场效应晶体管组成。
19．根据权利要求1所述的数字电位计，其中可将所述第一、第二、第三多个开关和所述串联连接的第一、二、三电阻串制作在一个半导体集成电路模片上。
20．一种调节数字电位计电阻值的方法，包括一个与一个第一输入节点相连接的第一多个开关；一个与一个第二输入节点相连接的第二多个开关；一个与输出节点相连接的第三多个开关；一个串联连接的第一电阻串；一个串联连接的第二电阻串；和一个串联连接的第三电阻串；其中所述串联连接的第三电阻串连接在所述串联连接的第一和第二电阻串之间，所述第一多个开关连接在第一输入节点和所述串联连接的第一电阻串之间，所述第二多个开关连接在第二输入节点和所述串联连接的第二电阻串之间，所述串联连接的第三第三多个开关连接在输出节点和所述串联连接的第三电阻串之间，所述方法包括如下步骤利用第一多个开关中的一个开关将串连连接的第一电阻串中所需的电阻连接到第一输入节点；利用第二多个开关中的一个开关将串连连接的第二电阻串中所需的电阻连接到第二输入节点；利用第三多个开关中的一个开关将串连连接的第三电阻串中所需的电阻连接到第三输入节点。
21．根据权利要求20所述的方法，进一步包括利用一个数字字控制第一、第二和第三多个开关的步骤。
22．根据权利要求21所述的方法，进一步包括如下步骤将第一输入节点连接到一个电压源、将第二输入节点接地、并使用输出节点作为一个可调节的电源，该可调节电源的电压值位于电压源和接地之间。
23．根据权利要求22所述的方法，其中可调节电源利用数字字来确定。
24．根据权利要求21所述的方法，进一步包括如下步骤将第一输入节点接地、将第二输入节点连接到一个电压源、使用输出节点作为一个可调节的电源，该可调节电源的电压值位于电压源和接地之间。
全文摘要
通过减少由开关引起的电阻误差量使一种数字切换式电位计的线性度改善,该开关用于切换组成电位计的电阻元件。通过减少与电位计的输出节点相连的开关的电容量,使得电位计的稳定时间变短。数字切换式电位计可以制作在一个集成电路模片上,开关可以由CMOS晶体管制造。通过使用串联的两个较大电阻序列和一个较小电阻序列或者串联的两个较小电阻序列和一个较大电阻序列,从而能减少用于所需的电阻阶式变化所需的电阻的数目。
文档编号H03M1/68GK1312616SQ01111330
公开日2001年9月12日 申请日期2001年1月26日 优先权日2000年1月26日
发明者迈克尔·布鲁诺利, 钦·霍安 申请人:密克罗奇普技术公司