程控電阻

程控電阻(Programmable resistor)，即阻值可以通過程序進行設置的電阻器。在電路中的特性與普通的電阻器件一致，區別僅在于阻值可以隨時通過程序改變。在實際應用中，其它類型的可以改變阻值的電阻器件還有很多種，如滑動變阻器、電阻箱等。但是程控電阻普遍具有精度高、阻值范圍大、阻值調整快的優點，在傳感器仿真、信號調理等應用中是不可替代的儀器類型。

此外，在很多板級電路中還存在一種集成電路形式的數字電位器，也可以在一定精度范圍內實現類似程控電阻的功能，這里暫不做進一步分析。

雖然程控電阻的種類較多，但是每一種具體產品都有其適用的場景，在少數情況下，如果電阻通道的可用阻值上限或下限不適合，一般有3種方法可以突破產品自身的限制：

換用更匹配的產品

按需訂制產品

也可以在一定條件下，不改變現有產品，通過技術手段彌補不足

請注意本文的討論對象是以Pickering的標準精度產品如40-290,40-295等產品系列，不包含高精度產品系列。

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程控電阻阻值的上限

程控電阻的經典電路結構如圖所示：

一般情況下，電阻鏈中的每個電阻器的阻值按倍增排列，通過與各電阻器并聯的開關通斷的組合，可以組合輸出各種阻值。

例如，一個包含3個電阻器的電阻鏈，每個電阻器的阻值分別為1,2,4歐姆。則整個電阻鏈可以通過開關狀態的組合形成0~7歐姆，步進為1歐姆的8種阻值。

如果在上面的電阻鏈中再增加一個8歐姆電阻器和開關，構成4位的電阻鏈，則全鏈的輸出電阻值上限可以達到15歐姆，同理類推可以構成更長的電阻鏈，獲得更大的阻值范圍。

在實際的產品中，電阻鏈中還有一個附加的偏置電阻器，可以形成阻值的整體偏移。

因而整個電阻鏈可以輸出的阻值點由以下參數共同決定：

Roffset：偏置電阻

R1~Rn：每位的定值電阻，Rm=2*Rm-1

RRL：繼電器觸點的導通電阻，大部分場景中可忽略

在忽略繼電器電阻的情況下，

輸出阻值Rout=Roffset+(R1~Rn組合)，組合可構成0，R1，2*R1，3*R1，……

最大阻值Rmax=Roffset+R1*(2n-1)

最小阻值Rmin=Roffset

分辨力Rresolution=R1

對于大部分現有貨架產品，Roffset=0，R1=1歐姆。根據以上公式可簡單獲得：

8位電阻通道阻值范圍是0~255歐姆

16位可輸出0~65,535歐姆(64K-1)

24位可輸出16,777,215歐姆(16M-1)

分辨力均為1歐姆

(上圖Roffset=0時輸出阻值為252歐姆)

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程控電阻阻值的下限

大部分程控電阻產品所標稱的輸出阻值下限為0歐姆，但受到繼電器導通電阻，電路結構，板卡內部線路電阻，以及環境因素的共同作用，其能夠實際輸出的電阻下限是不確定的。一般認為，8位/12位/16位/24位產品實際輸出阻值的下限(設置輸出為0時)，典型值分別為1歐姆/1.5Ω/2歐姆/3歐姆，實測各自在50%~200%范圍內都是允許的。例如24位產品設置輸出0歐姆，實際輸出1~6歐姆均屬于合格。

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突破貨架產品阻值邊界的方法

對于標準精度產品，有若干種突破通道阻值上限的方法，這里簡要概括：

1. 最簡單的方法，如果所需的阻值上限R≤2*Rmax，即所需阻值≤2倍單個通道的最大電阻，可以將2個輸出通道串聯即可。

2. 如果所需的分辨力較低，輸出阻值上限要求較高，可以訂制產品，調整分辨力(即調整阻值的步長)增大的倍數，相應的阻值范圍也會提高相應的倍數。例如，訂制分辨力10歐姆的產品，可以把24位輸出通道的上限從16M歐姆提高到160M歐姆。這種方式需要提前與Pickering確認是否能夠采購到合適的電阻器件完成訂制，以及當輸出電阻高到一定程度后，如100M歐姆~1G歐姆甚至更高，PCB自身的絕緣性能也會產生比較明顯的影響，所以阻值上限不能無限提高。

(上圖調整電阻器阻值后，分辨力從1變成10歐姆，

最大阻值從255變成2550歐姆)

3. 如果所需的阻值上限高，但是調整范圍不大，可以考慮在標準產品之上訂制安裝一定的偏置電阻。例如，需要在2.4M歐姆~2.45M歐姆范圍內調節，可以在40-295-121-10/16 (10通道0~65K歐姆)基礎上，增加2.4M歐姆偏置電阻，構成2.4M~2.465M歐姆的產品。該方案相比于采用24位(16M歐姆)通道的方案，單個模塊的通道密度更高。(10 vs 6)

標準產品的通道阻值下限一般不用過多考慮，一則因為標準精度產品在低阻值端誤差較大，一般不用于做高精度的測試。二則輸出準確的低阻值不僅需要產品本身性能，還需要考慮外部接線因素。所以一般僅在使用高精度程控電阻產品時需要認真設計。因此，我們會在下一篇中介紹高精度程控電阻產品以及討論延伸高精度電阻低阻值端的方法。

編輯：黃飛

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