DS1802雙通道對數(shù)音頻電位器簡介

DS1802音頻電位器包含兩個數(shù)字控制電位器，具有對數(shù)錐度，每增量產(chǎn)生1dB的變化。最大衰減為63dB，但該器件還具有靜音功能，可衰減大于90dB的信號。此外，DS1802具有四個按鈕輸入，既可用作立體聲應(yīng)用的音量/平衡控制器，也可用作兩個電位器的獨立位置控制。該器件還包含過零檢測器，如果使用得當，可以無縫改變音量，以創(chuàng)建專業(yè)聲音的音頻系統(tǒng)。該器件采用 20 引腳 DIP、SOIC 或 TSSOP 封裝。

DS1802非常適合需要按鈕可控電阻的應(yīng)用。它還具有一個3線接口，允許PC或微控制器控制電位計。本應(yīng)用筆記展示了如何使用該器件，以最少的硬件為兩個立體聲通道創(chuàng)建一個具有按鈕可控音量的前置放大器電路。

單電源音頻電路

使用DS1802的第一步是了解如何將交流信號偏置到直流電源范圍內(nèi)。這是必需的，因為DS1802會削波試圖低于GND或高于V的音頻信號抄送.DS1802可以工作在3V或5V電源，但請注意，選擇電源電壓會影響器件可以處理的最大音頻信號擺幅。由于音頻信號通常是對稱的，因此最好將直流偏置設(shè)置為V抄送/2以獲得最大的音頻信號擺幅。

圖1所示的電阻分壓器可用于將輸入信號的直流偏置設(shè)置為V抄送/2.

圖1.電阻R1和R2為音頻電路增加直流偏置

該電路允許交流信號通過中間電阻（或電位計），兩側(cè)具有相同的直流偏置。這對于數(shù)字電位計至關(guān)重要，因為當電位計端到端電阻兩端的電壓為零時，過零檢測器會切換電位計的位置。因此，數(shù)字電位計兩端沒有電壓電位，當數(shù)字電位計切換其位置時，通常不會聽到爆音。

圖2中的交流和直流模型顯示了對該電路性能至關(guān)重要的三個元件。一、C在必須阻斷直流信號，這允許電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)置直流偏置。此外，CIN必須足夠大，以允許低頻信號傳遞到電阻網(wǎng)絡(luò)。如果 C在足夠大，系統(tǒng)將在整個音頻范圍內(nèi)具有良好的性能。

其次，兩個R2電阻兩端的電阻必須遠小于電位計的端到端電阻。因此，交流信號被分流到電位計和兩個并聯(lián)的R2電阻上。相反，如果兩個R2電阻的電阻很大，則大部分交流信號可能會丟失。這將降低系統(tǒng)的信噪比。因此，建議使兩個R2電阻的電阻相對較小。但是，這樣做反過來會影響系統(tǒng)的直流電流。

最后，兩個R1電阻的電阻應(yīng)該相對較大，否則交流輸入阻抗將太低而無法實際使用。大多數(shù)消費類音頻組件具有相對較高的輸入阻抗。R1電阻的電阻和電位計的端到端電阻對該電路的交流輸入阻抗影響最大。輸入阻抗不會受到R2或C的影響在因為這些阻抗相對于其他兩個電阻必須很小，電路才能正常工作。

圖2.圖1所示電路的直流和交流模型。

該電路的直流模型易于分析，因為輸入電容將電阻網(wǎng)絡(luò)與與輸入相關(guān)的任何直流隔離開來。此外，電位計的兩端均設(shè)置為V抄送/2，因此直流電流不會流過電位計。因此，很容易確定電路的直流電流消耗（參見公式4）。它是從V流出的電流的總和抄送通過兩個R1和兩個R2電阻進行GND。該方程已在數(shù)學上簡化為單個分數(shù)。注意，這還不包括DS1802的電流，由于芯片的數(shù)字部分，DS<>的電流會很小。

如果您考慮此電路的交流型號，V抄送將顯示為交流接地。該電阻易于分析阻抗考慮因素。R 的公式在如公式 1 所示。R 的公式IN_R，這是沒有輸入電容的電阻網(wǎng)絡(luò)的阻抗，如公式2所示。在公式 3 中，損耗與 R 成正比IN_R/R在和 R.JAR/（R.JAR+ R2||R2）。R型IN_R/R在項說明輸入電容饋入電路輸入阻抗時的壓降。R型.JAR/（R.JAR+ R2||R2）項表示當交流信號在電位計上分頻且兩個電阻偏置電位計的低端時與分壓器相關(guān)的損耗。如果阻抗為C在很大，R2很小，信號損失很小。此外，唯一與頻率相關(guān)的信號損耗是由輸入電容引起的，當輸入電容與輸入電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻耦合時，會產(chǎn)生一個高通濾波器。如果電容器的阻抗與輸入電阻網(wǎng)絡(luò)相比相對較小，則交流信號不會表現(xiàn)出與頻率相關(guān)的特性。由于電路傾向于濾除低頻響應(yīng)，因此明智的做法是計算在20Hz（音頻頻譜的低端）下會發(fā)生多少損耗。該計算將顯示電路應(yīng)如何處理整個音頻范圍。

許多非常堅固的機械電位計設(shè)計經(jīng)常被修改為包含數(shù)字電位計，但使用數(shù)字電位器時的一個常見錯誤是將其與機械電位計使用方式相同。圖3顯示了一個簡單的電路，可以與機械電位計一起使用，但使用數(shù)字電位計會導致爆裂。

圖3.一個簡單的機械電位計電路，會導致數(shù)字電位計爆裂

圖3中的電路與機械電位計配合使用，因為輸出信號的直流電平隨著電位計的變化而變化。電路的輸入側(cè)將保持在恒定的V抄送/2直流電平（假設(shè)R1等于電位計的端到端電阻）。當您更換機械電位計時，變化通常是連續(xù)可變的，直流輸出電平緩慢而連續(xù)地變化。因此，C外將允許交流輸出信號保持在直流地上。相反，數(shù)字電位計會瞬時改變電位器的位置。輸出直流電平的階躍變化將瞬間使電流通過C外.這將導致通常使用設(shè)計不佳的電路或廉價音頻電路聽到爆裂聲，這些電路使用質(zhì)量差的機械電位計，在電阻變化期間電阻會意外中斷。

在該電路中使用數(shù)字電位計的另一個問題是過零檢測器無法工作，因為電位計（H）的高壓側(cè)偏置于V抄送/2和電位計（L）的低端接地。因此，除非交流信號的幅度為V抄送/2，H和L永遠不會處于相同的電位，過零檢波器將始終超時，并在電位計兩端有電位時切換。

在機械電位計設(shè)計中集成數(shù)字電位計的另一個示例如圖4所示。將該電路轉(zhuǎn)換為使用數(shù)字電位計時存在幾個潛在問題。輸入信號通過電位計以地為基準。如果輸入是具有0V直流偏置的音頻信號，則負信號電壓將施加到電位計的高壓側(cè)。DS1802通過其靜電放電（ESD）結(jié)構(gòu)將信號削波到地以下。DS1802的最大額定值意味著-0.5V信號不會成為問題。然而，DS1802的ESD保護電路在信號低于GND或高于V時激活。抄送.雖然它不會損壞部件，但負信號電壓會導致音頻信號失真。此外，如果電位計的兩端偏置至0V DC，該電路也適用于過零檢測器。但是，由于沒有負信號擺幅，電路設(shè)計人員決定將輸入偏置至V抄送/2.

圖4.轉(zhuǎn)換為數(shù)字電位計的機械電位計電路示例

一旦輸入被重新偏置，就會出現(xiàn)與圖3相同的過零問題。電位計的高側(cè)和低端現(xiàn)在處于不同的直流電位，游標上的瞬時直流電平變化將通過C1傳播到輸出端。

要在為機械電位計設(shè)計的電路中使用數(shù)字電位計，請考慮所有直流工作點和交流信號路徑。電路的各個部分易于使用。但是，如果它們與數(shù)字電位計一起使用，它們就會成為有源元件，為了獲得良好的結(jié)果，必須根據(jù)數(shù)據(jù)手冊中的規(guī)格使用。

帶按鈕音量控制的立體聲前置放大器示例

除了將音頻信號偏置到 V 的直流電平抄送/2和保持電位器的高低端處于相同的直流電位，使用DS1802進行音頻衰減時，還需要考慮幾點。輸入電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗必須足夠大，以便外部源可以將信號驅(qū)動到前置放大器。此外，輸入電容必須足夠大，不會衰減低端頻率響應(yīng)，R2電阻的電阻必須足夠小，以免衰減數(shù)字電位計上的信號。

圖5所示電路具有最小的信號損耗和良好的頻率響應(yīng)。

圖5.帶按鈕衰減器的前置放大器電路

該電路產(chǎn)生大于13.7kΩ的輸入阻抗。兩個并聯(lián)R1電阻、電位計、兩個并聯(lián)R2電阻和20Hz輸入電容的信號損耗為1.2dB。充其量，大多數(shù)全頻揚聲器的頻率響應(yīng)低至50Hz，50Hz時的輸入衰減為0.6dB。另外，注意，由于DS1802內(nèi)部對輸入開關(guān)進行去抖動，瞬時開關(guān)僅接地。圖5所示的開關(guān)配置僅為音頻信號提供音量調(diào)高、音量調(diào)低和靜音控制。DS1802數(shù)據(jù)資料給出了如何配置立體聲控制器的器件，以及如何使用按鈕獨立控制電位器（如果需要該功能）。另外，請注意 V抄送在DS1802和MAX4167運算放大器附近用電容去耦。這通過限制電源波動來提高系統(tǒng)的音頻性能。本電路需要運算放大器，因為DS1802具有相對較高的游標（輸出）電阻。在沒有緩沖的情況下，DS1802只能驅(qū)動一個1mA負載。此外，如果負載是容性的，則高輸出電阻將導致衰減器濾除高頻。由于運算放大器具有高輸入阻抗，因此它不會降低電位計的負載，并且能夠為下一個放大器級提供合理的驅(qū)動電流。需要兩個C3電容來允許放大器的下一級重新偏置音頻信號的直流電平。如果下一級存在輸入電容，或者下一級以相同的直流偏置電平工作，則不需要它們。

實現(xiàn)VCC/2偏置電平的另一種方法是使用基準電壓源?；鶞孰妷涸纯梢源鎯?kΩ （R2）電阻消耗的電流（見圖5）。在圖6中，一個2.5V基準用于5V VCC。

圖6.VCC/2 偏置由串聯(lián) （A） 和并聯(lián) （B） 基準電壓源提供。

圖1中的R2和R6電阻可以是任何合理的值，可以減小C的尺寸和值在.CL必須足夠大，以通過所需的最低交流音頻頻率。

總結(jié)

本應(yīng)用筆記討論了DS1802作為可調(diào)音頻前置放大器電路的有效使用要點。在將交流信號偏置在直流電源范圍內(nèi)時，設(shè)計人員需要考慮所有直流工作點和交流信號路徑。此外，雖然在為機械電位計設(shè)計的電路中使用數(shù)字電位器非常普遍，但為了達到預期的結(jié)果，需要考慮不同電位計的影響。

審核編輯：郭婷