高分辨率数字电位器的制作方法

本发明实施例涉及电子电路领域，尤其涉及一种高分辨率的数字电位器。

背景技术：

数字电位器正在国内外迅速推广，并大量应用于检测仪器、pc、手机、家用电器、现代办公设备、工业控制、医疗设备等领域。例如：电冰箱、程控机、电源、功率表、自动检测设备、光纤网络、调节lcd显示屏、电压控制、取代机械式电位器、匹配线性阻抗、调节vcom设置。

从目前的使用前景来看，数字电位器是一种颇具发展前景的新型电子器件，在许多领域可取代传统的机械电位器。其优点为：调节精度高；无噪声，工作寿命极长；无机械磨损；数据可读写；具有配置寄存器及数据寄存器；多电平量存储功能。它广泛应用于仪器仪表、计算机及通信设备、家用电器、医疗保健产品、工业控制等领域。任何需要用电阻来进行参数调整和控制的场合，都可使用数字电位器构成可编程模拟电路。但是在实际使用中应特别注意数字电位器的电阻调整误差，由于不同应用场合时的误差影响因素有所不同。因此在实际应用时，最好利用a/d转换电路对其进行精确测量，并采用单片机对其补偿。

但是在实际使用的过程中，当需要输出精度比较高的数字电位器的时候，由于受限于cmos工艺，包括抽头的寄生电阻等，导致低阻值高分辨率的数字电位往往很难实现。因此，如果能够将目前现有的高分辨率数字电位器的分辨率提高，就能提高数字电位器的精度限值，对数字电位器的实际应用范围和应用场景将有非常重要的意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例所解决的技术问题之一在于提供高分辨率的数字电位器，用以克服现有技术中cmos工艺制造的数字电位器由于工艺造成的精度不高的技术缺陷，达到提高数字电位器的分辨率，提高数字电位器的可控精度以及调整数字电位器的输出电阻量程的效果。

本发明实施例提供一种高分辨率的数字电位器，其包括至少两个及以上的单元数字电位器的并联或串联，其中每个单元数字电位器均可以通过数字接口单独控制其输出。

可选地，在本发明的一实施例中，所述两个及以上的单元数字电位器在一个芯片内部。

可选地，在本发明的一实施例中，所述高分辨率数字电位器包括存储单元；

可选地，在本发明的一实施例中，所述存储单元存储了整个高分辨率数字电位器的校准数据；

可选地，在本发明的一实施例中，所述两个及以上的单元数字电位器采用同样的电源供电。

可选地，本发明的一实施例中，还包括固定电阻器，固定电阻器和两个及以上的单元数字电位器的并联或者串联。

可选地，本发明的一实施例中，还可以是多个单元数字电位器的并联和串联的组合；

由以上技术方案可见，所述高分辨率的数字电位器，克服现有技术中cmos工艺制造的数字电位器由于工艺造成的精度不高的技术缺陷，达到提高数字电位器的分辨率，提高数字电位器的可控精度和最大量程的效果。从而克服了现有技术的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为常见的单元数字电位器的结构示意图；

图2为adi的最高分辨率的数字电位器的参数表；

图3为本发明实施例中的结构示意图；

图4为adi的数字电位器ad5142的结构示意图；

图5为数字电位器网络和固定电阻器的组合示意图；

具体实施方式

当然，实施本发明实施例的任一技术方案必不一定需要同时达到以上的所有优点。

为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。

下面结合本发明实施例附图进一步说明本发明实施例具体实现。

数字电位器(digitalpotentiometer)亦称数控可编程电阻器，是一种代替传统机械电位器(模拟电位器)的新型cmos数字、模拟混合信号处理的集成电路。加上数字电位器的调整过程中，数字电位器的电阻值不是连续变化的，而是在调整结束后才具有所希望的输出。这是因为数字电位器采用mos管作为开关电路，并且采用“先开后关”的控制方法。而且数字电位器无法实现电阻的连续调整，只能按数字电位器中电阻网络上的最小电阻值进行调整。加上cmos半导体工艺的工艺特性，数字电位器的精度和分辨率往往都比较低。

图1为本申请实施例的单元数字电位器的示意图；其包括n个阻值为rs的电阻、n个模拟开关和一个译码器组成。当所述译码器的输入数字信号作为数字电位器的输入时，所述译码器总会控制所述n个模拟开关的其中一个导通，其余的模拟开关则处于关闭状态。假设所述译码器的输入为d，那么译码器就会控制ax和wx之间的第d个模拟开关打开，那么ax和wx之间的电阻值r可以表示为

r＝rs*d

从而实现了数字值实现的数字量到电阻值的转换工作。通常情况下，由于半导体工艺的限制，rs的阻值无法做的比较小，否则精确性、一致性和稳定性很难保证。

图2中是数字电位器主要生产厂家adi的可以提供的芯片型号的列表，其中抽头数最高是1024个，在这一系列的的单元数字电位器中，也是目前国际上能做到的最高分辨率，然而此系列的单元数字电位器中，输出阻值的量程最小为10k，也就是说此系列的单元数字电位器的最小分辨率是10欧姆左右，对于需要分辨精度更高的数字电位器而言，几乎难以完成。在这样的技术缺陷下，

本发明下述实施例提供了一种高分辨率数字电位器，其包括至少两个及以上的单元数字电位器的并联或串联，其中每个单元数字电位器均可以通过数字接口控制其输出。

图3为本发明实施例中高分辨率的数字电位器的结构示意图；

本发明实施例中，左图中两个单元数字电位器的并联组合，右图中是两个单元数字电位器的串联组合，其中选用的单元数字电位器以图2中列表的ad5175-10为例进行说明，其中ad5175-10具有1024个抽头，最大阻值量程为10k欧姆，按上面所述，单元数字电位器可以变化的最小阻值为10欧姆。当采用图中左侧的并联结构时，当只调整左侧的一个单元数字电位器，右侧单元数字电位器不变化时，整个数字电位器的输出阻值，基本上变化为2.5欧姆左右，如果再调整右侧的单元数字电位器，左侧的单元数字电位器保持不变，则又会在原基础上继续增加2.5欧姆左右，从而达到了分辨率为2.5欧姆，总量程为5k欧姆的技术效果。当采用图中右侧的串联结构时，当只调整上端或者是下端的一个单元数字电位器时，整个数字电位器的分辨率还是以10欧姆的倍数进行变化，但是总量程可以达到20k欧姆。由此可见，采用这种方式，整个数字电位器的量程和分辨率都会发生很大的变化，如果按照左侧的并联结构，不断增加并联的单元数字电位器数量，甚至可以达到无限细分数字电位器的阻值的效果，将会极大地改变数字电位器无法连接的缺点，有效提高数字电位器的更多的适用范围。

具体地，在本发明实施例中，两个并联的单元数字电位器选择了在同一个集成电路上的两个单元数字电位器，如图4所示。正常的半导体工艺中，由于半导体的加工生产受工艺的影响比较大，尤其是工艺炉内的温度很难做到真正的均匀，不同的晶元上的温度就很容易存在偏差，那么越是位置接近的两个芯片，其工艺和最终的芯片参数的偏差越小。否则工艺不同的单元数字电位器的步进可能会差别比较大，那么总结来说，同一个芯片上的两个单元数字电位器之间的工艺参数和最终的偏差将会是最小的，那么将会提高整个数字电位器输出的线性度。

具体地，在本发明实施例中，所述高分辨率数字电位器包括存储单元。具体如图4所示，图中的eeprom即为整个数字电位器的存储单元，在该存储单元内可以存储该高分辨率数字电位器的许多参数，比如代表该数字电位器的唯一识别id号，包括该数字电位器的生产日期，失效日期，甚至是该数字电位器的使用时间等，都可以记录在该存储单元中。

然而，尤其重要的是所述存储单元内部可以存储该整个高分辨率数字电位器的校准信息。还是以图2中列表的adi的ad5175-10为例进行说明，其中ad5175-10具有1024个抽头，最大阻值量程为10k欧姆，按上面所述，单元数字电位器可以变化的最小阻值为10欧姆。然而实际上10k欧姆为理想值，受各方面工艺的影响以及最终的使用情况，往往最终的阻值量程为9k-11k之间，有的甚至可以达到12k左右，那么单元数字电位器可以变化的最小阻值也变为12欧姆。在这样的前提下，要想达到精准的电阻值输出，可以提前通过高精度万用表测量每个数字电位器的电气参数，比如最大量程。然后将每个数字电位器的实际电气特性存储在存储单元内部，实际上就是将该数字电位器的校准信息存入到了存储单元中，从而保证外部控制设备控制整个数字电位器输出的电阻值时，可以读取该数字电位器的校准数据，并根据校准信息能够将电阻值输出的更加的精确和准确。

具体地，如图4所示，所述的两个及以上单元数字电位器采用同样的电源供电，主要是由于数字电位器的特性，如图1所示，数字电位器的工作通过译码器和模拟开关的导通来实现。其中，当两个数字电位器的电源不相同时，会导致两个单元数字电位器的译码器和模拟开关的门限电平发生变化，最终将会导致整个高分辨率数字电位器的输出不稳定。

具体地，在本发明实例中，高分辨率数字电位器还包括固定电阻器，固定电阻器和两个及以上的单元数字电位器的并联或者串联。如图5所示，上面的两个单元数字电位器603和数字电位器604以及固定电阻器组成了整个数字电位器。主要的目的在于该种结构可以调节整个高分辨率的输出范围，还是以图2中列表的adi的ad5175-10为例进行说明，该器件的最大量程阻值为10k欧姆，两个并联组成的数字电位器网络的变化范围为0-5k欧姆，倘若将固定电阻器的阻值设定为1k欧姆，则整个高分辨率数字电位器的输出阻值范围变为了1k-6k欧姆之间，不但没有损失分辨率，还将最低阻值进行了适当的抬高。同样的道理，如果在两个单元数字电位器两端并联一个其他阻值的固定电阻，则又会对整个高分辨率数字电位器的最终输出阻值进行了压缩，同时仍然保持高分辨率。

按照上面所说的组合，并联一个单元数字电位器会增加整个数字电位器的分辨率同时减小最大电阻输出量程，串联一个单元数字电位器或者固定电阻会增加整个数字电位器的分辨率同时增加最大电阻输出量程，并联一个固定电阻器会不改变分辨率，减小最大电阻输出量程，串联一个固定电阻器增加最大电阻输出量程。具体地，在本实施例中，可以通过各种数字电位器并联网络、串联网络以及各种固定电阻器的网络的组合，从而保证整个高分辨率数字电位器的输出既能达到所需要的满足要求的分辨率，又能够达到所需要的量程范围，真正实现高分辨率数字电位器的变化最大化。

具体地，在本发明实施例中，所述的单个数字电位器的工艺采用的是cmos的工艺，因为cmos工艺在目前的使用中越来越成熟稳定，生产成本低，同时可以满足本发明实施例中的工艺需求。

具体地，在本发明实施例中，所述整个数字电位器具有关断功能，对很多的应用而言，需要数字电位器输出时具有高阻状态，从而阻止电流流过数字电位器，方便外部设备在使用数字电位器时进行数字电位器的接入状态判断，从而根据数字电位器的接入状态进行报警或者提示。如图1中所示，数字电位器的shdn引脚可以使能最终输出端的模拟开关的导通或者关闭，当shdn引脚控制最终输出端的模拟开关关闭时，即完成了整个数字电位器的关断。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。