深入剖析DS1802：雙音頻電位器的技術解析與應用

在電子設計領域，電位器是一種常見且重要的元件，它能實現對電路中電壓、電流的調節。今天我們要深入探討的DS1802，就是一款具有獨特特性的雙音頻電位器。

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一、DS1802概述

DS1802是一款雙音頻電位器，在整個器件范圍內具有對數電阻特性。每個電位器有65個抽頭位置，每步增量為1dB，還具備靜音功能。它有兩種控制方式：接觸閉合（按鈕）輸入和3線串行接口，可用于抽頭定位。該器件有商用溫度版本，封裝形式包括20引腳DIP、20引腳SOIC和20引腳TSSOP。

二、工作原理

2.1 電位器特性

DS1802每個封裝內有兩個65位置的電位器，其電阻特性呈對數關系，具體的位置與輸出電平對應關系可參考表1。

2.2 控制方式

• 接觸閉合（按鈕）輸入：提供了一種簡單的機械控制方法，可用于增加或減少抽頭位置。設備封裝上共有四個物理接觸閉合端子，結合MODE輸入，可提供八種不同的接觸閉合功能。
• 3線串行接口：專為CPU控制應用設計，可實現對電位器抽頭位置的精確讀寫操作。在3線串行接口中，RST控制信號用于啟用3線串行端口寫入操作，CLK為時鐘信號輸入，用于數據I/O同步，D信號輸入用于將電位器抽頭位置設置傳輸到設備。

2.3 工作模式

• 獨立模式：MODE輸入處于高電平時，用戶可獨立控制每個電位器的抽頭位置。
• 立體聲模式：MODE輸入處于低電平時，可通過單個控制輸入同時定位兩個電位器的抽頭位置，具備音量上調、音量下調、平衡0和平衡1等功能。

三、接觸閉合接口控制

3.1 功能介紹

接觸閉合接口控制通過四個物理接觸閉合端子和MODE輸入實現八種不同功能，具體功能見表2。MODE輸入用于選擇抽頭控制模式，包括獨立模式和立體聲模式。

3.2 獨立模式控制

在獨立模式下，UC0、UC1、DC0和DC1輸入可獨立控制每個電位器的抽頭位置。UC0和UC1輸入使電位器抽頭向高端移動，DC0和DC1輸入使抽頭向低端移動。

3.3 立體聲模式控制

立體聲模式下，可通過單個控制輸入同時調整兩個電位器的抽頭位置。音量控制輸入可在不改變抽頭相對平衡或距離的情況下，使兩個抽頭同時上下移動；平衡控制輸入可控制兩個電位器抽頭位置的距離或偏移。

3.4 單按鈕操作

接觸閉合接口還具備單按鈕操作功能，僅通過UC0和UC1接觸閉合輸入就能控制抽頭的雙向移動。

3.5 接觸閉合時序

接觸閉合定義為接觸閉合輸入端子從高電平到低電平的轉換。DS1802通過輸入脈沖寬度來控制抽頭移動，單個脈沖輸入（大于1ms且不超過1秒）可使抽頭移動一個位置，重復脈沖輸入可快速遍歷設備的每個電阻位置，但脈沖之間需間隔至少1ms。

四、3線串行接口控制

4.1 接口組成

3線串行接口由RST、CLK和D三個輸入信號組成。RST信號用于啟用寫入操作，CLK提供數據I/O同步，D信號用于傳輸電位器抽頭位置設置。

4.2 數據傳輸

數據傳輸從最低有效位（LSB）開始，先傳輸電位器0的值，再傳輸電位器1的值。DS1802包含兩個65位置的電位器，其抽頭位置由8位值設置，兩個8位值寫入16位I/O移位寄存器。

4.3 數據完整性

完整傳輸16位數據才能確保每個電位器抽頭的正確設置，不完整的傳輸可能導致抽頭設置不理想。

五、級聯操作

DS1802可實現多個設備的級聯控制，通過將一個設備的COUT輸出連接到另一個設備的D輸入，可實現數據的鏈式傳輸。總發送位數為16乘以級聯設備的數量。還可在最后一個設備的COUT端子和第一個DS1802的D輸入之間放置一個可選的反饋電阻，實現數據的循環傳輸。

六、零交叉檢測

DS1802在使用3線串行接口時具備零交叉檢測功能，可減少音頻應用中因抽頭離散過渡產生的可聽噪聲。當ZCEN輸入為低電平時，零交叉檢測激活，僅在電位器兩端電位相等且在RST信號下降后的50ms時間窗口內允許獨立抽頭變化。在按鈕操作模式下也可使用零交叉檢測功能。

七、靜音控制

7.1 硬件控制

通過MUTE輸入引腳實現硬件靜音控制，該引腳內部通過50kΩ電阻上拉。當輸入為低電平時，兩個電位器的抽頭輸出將內部連接到各自電位器的低端。此輸入為切換輸入，第一次操作將抽頭輸出連接到電阻陣列的低端，再次操作將抽頭位置恢復到靜音前的狀態。在按鈕模式下，若收到VU、VD、UC0、UC1、DC0、DC1輸入，靜音將被取消。

7.2 軟件控制

在3線協議和操作中，16位I/O移位寄存器的第6位和第14位分別用于電位器0和電位器1的靜音控制。軟件靜音可實現對每個電位器的獨立控制。

八、3線串行端口與按鈕操作的優先級

當同時使用3線串行端口和按鈕輸入控制設備時，3線串行端口優先于按鈕輸入控制，在3線串行端口活動期間，按鈕輸入不能改變抽頭位置。

九、電氣特性

9.1 絕對最大額定值

包括引腳電壓、工作溫度、存儲溫度和焊接溫度等參數，需注意這些是應力額定值，長時間暴露在絕對最大額定值條件下可能影響設備可靠性。

9.2 推薦直流工作條件

涵蓋電源電壓、輸入邏輯電平、電阻輸入、模擬地等參數。

9.3 直流電氣特性

包括電源電流、輸入泄漏、抽頭電阻、抽頭電流、邏輯輸出電流、待機電流和上電時間等。

9.4 模擬電阻特性

包括端到端電阻公差、絕對公差、通道間匹配、抽頭間公差、-3dB截止頻率、溫度系數、總諧波失真、輸出噪聲、數字饋通、通道間隔離和靜音控制等。

9.5 電容特性

包括輸入電容和輸出電容。

9.6 交流電氣特性

包括CLK頻率、CLK脈沖寬度、數據建立時間、數據保持時間、傳播延遲時間等。

9.7 按鈕輸入交流電氣特性

包括單脈沖輸入、重復輸入脈沖高時間和連續輸入脈沖等。

在實際設計中，電子工程師需要根據具體應用場景，綜合考慮DS1802的各種特性和控制方式，以實現最佳的電路性能。大家在使用DS1802過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。