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利用数字电位计AD5292提供对数音量控制并减少毛刺 (CN0120)

2011-10-28
作者:ADI

电路功能与优势
  本电路采用digiPOT+™系列数字电位计AD5292 、双通道运算放大器AD8676、单通道运算放大器AD8541、比较器ADCMP371和7408与门,可提供对数音量控制并减少毛刺。
 
  该电路同时还具有低总谐波失真(THD)特性,最大信号衰减为46 dB,提供衰减最高达130 dB的关断功能,如图3所示。执行软件关断命令可将AD5292置于关断模式,这一特性可将RDAC置于特殊状态,其中A端开路,游标W则与B端相连。
 
  该电路提供对数增益控制功能,输出电压范围为±14 V(10 Vrms),能够提供最高±20 mA的输出电流。AD5292可以通过SPI兼容型串行接口编程。
 
  此外,AD5292内置一个20次可编程存储器,可以在上电时自定义音量设置。
 
  本电路具有低噪声、低总谐波失真、高信号衰减、低温度系数和高电压能力等特性,非常适合许多音频应用。


图1. 可减少毛刺的对数音量控制(原理示意图,未显示去耦和所有连接)


电路描述
  本电路采用数字电位计AD5292、双通道运算放大器AD8676、单通道运算放大器AD8541、比较器ADCMP371和7408与门,可提供低失真对数音量控制并减少毛刺。对数抽头由游标连接与地之间增加电阻R8来实现。关于这一方法的详细说明,请参考Hank Zumbahlen撰写的文章“在数字电位计上添加对数抽头”(EDN,1/20/00)。
 
  该电路提供一个输入/输出缓冲器,可将其它外部电路的负载效应降至最小。双通道运算放大器AD8676则可确保低噪声和精密轨到轨输出电压。图2显示由VOUT归一化的对数输出电压VIN。


图2. 归一化VOUT与码的关系


  音量控制保证最大衰减为46 dB,关断模式下最高可达130 dB。图3显示典型码对应的衰减,包括关断模式,以及与码无关的信号相位延迟。


图3. 1 V均方根输入信号时增益和相位与频率的关系


  该电路具有低总谐波失真(THD)特性,对于1 kHz、1 VRMS输入信号,其典型值为−93 dB,如图4所示。图4、图5和图6显示典型的总谐波失真加噪声性能。


图4. 1 kHz、1 kHz, 1 VRMS输入信号、0 dB增益时的FFT


图5. 1 VRMS输入信号、0 dB增益时总谐波失真加噪声(THD+N)与频率的关系


图6. 0 dB增益时总谐波失真加噪声(THD+N)与1 kHz输入信号幅度的关系


  无毛刺减少电路时,大衰减步进所引起的毛刺如图7所示,内部开关的码转换所引起的毛刺如图8所示。


图7. 衰减的大步进变化显示无减少毛刺电路时的毛刺情况


图8. 衰减的小变化显示无减少毛刺电路时的毛刺情况


  减少毛刺电路采用AD8541、ADCMP371和7408与门。比较器U2和U3充当窗口比较器,二者之间存在13.3 mV阈值,足以克服典型比较器的失调电压影响。该电路是一个零交越检波器,只有信号越过0 V时才允许衰减发生变化,因而可将毛刺降至最低。电阻R4和R5将输入信号衰减90.91%,并在窗口比较器中建立1.645 V的共模电压。零交越的最大不确定性反映到输入端约为133 mV。窗口比较器的输出与外部SYNC 命令进行“与”运算,以驱动AD5292的SYNC输入。SYNC的负向沿进入AD5292之后,下一个时钟脉冲将更新内部DAC寄存器。
 
  电阻R1至R7的容差应为0.1%,以确保实现最佳零交越检波,使毛刺能量较小并防止衰减发生大步进变化。阈值窗口折合到输入信号电压VIN约为133 mV。AD5292中减少毛刺电路激活时的典型衰减步进如图9所示(下一个时钟脉冲更新内部DAC寄存器)。


图9. 减少毛刺电路激活后


  AD5292具有一个20次可编程存储器,用户可以在上电时将衰减预设为特定值。
 
  为实现所需性能,必须采用最佳布局、接地和去耦技术(请参考 MT-031教程 and MT-101教程)。至少应采用四层PCB:一层为接地层,一层为电源层,另两层为信号层。
 
常见变化
  AD5291(8位、内置20次可编程上电存储器)和AD5293(10位、无上电存储器)均为±1%容差数字电位计,同样适合本应用。

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