深入解析Intersil X9313數字控制電位器

在電子設計領域，數字控制電位器是一種非常實用的元件，它為工程師們提供了更加靈活和精確的電路控制方案。今天，我們就來深入了解一下Intersil公司的X9313數字控制電位器（XDCP）。

文件下載：X9313ZMIZ-3.pdf

一、X9313概述

X9313是一款數字控制電位器，由電阻陣列、雨刮開關、控制部分和非易失性存儲器組成。它通過3線接口控制雨刮器的位置，可作為三端電位器或兩端可變電阻使用，廣泛應用于控制、參數調整和信號處理等領域。

二、產品特性

2.1 接口與結構

• 3線串行接口：方便與其他設備進行通信，實現對電位器的精確控制。
• 32個雨刮抽頭點：提供了豐富的調節范圍，能夠滿足不同的應用需求。
• 31個電阻元件：這些電阻元件經過溫度補償，端到端電阻范圍為±20%，終端電壓范圍為 -VCC 到 +VCC。

2.2 電氣特性

• 低功耗CMOS：工作電壓 (V_{CC}) 可以是3V或5V，最大工作電流為3mA，最大待機電流為500μA，有效降低了功耗。
• 高可靠性：每個位的數據更改耐力可達100,000次，寄存器數據保留時間長達100年。
• 多種阻值選擇：總電阻值（RTOTAL）有1kΩ、10kΩ、50kΩ三種可選。

2.3 封裝形式

提供8引腳的SOIC、MSOP和PDIP封裝，并且有無鉛（RoHS合規）版本可供選擇。

三、引腳說明

3.1 固定端引腳

• RH/VH和RL/VL：分別對應機械電位器的固定端，其命名參考雨刮器移動方向，而非終端電壓電位。

  3.2 雨刮器引腳

• RW/VW：雨刮器終端，相當于機械電位器的可動端，雨刮器在陣列中的位置由控制輸入決定，在 (V_{CC}=5V) 時，雨刮器終端串聯電阻通常為40Ω。

  3.3 控制引腳

• Up/Down (U/D)：控制雨刮器的移動方向以及計數器的增減。
• Increment (INC)：負邊沿觸發，觸發INC信號會使雨刮器移動，并根據U/D輸入的邏輯電平對計數器進行增減。
• Chip Select (CS)：當CS輸入為低電平時，設備被選中；當CS返回高電平且INC輸入也為高電平時，當前計數器值會存儲在非易失性存儲器中，存儲操作完成后，X9313將進入低功耗待機模式。

四、工作原理

X9313主要由輸入控制、計數器和解碼部分、非易失性存儲器以及電阻陣列三部分組成。輸入控制部分就像一個上下計數器，計數器的輸出經過解碼后，打開一個電子開關，將電阻陣列上的一個點連接到雨刮器輸出。在適當的條件下，計數器的內容可以存儲在非易失性存儲器中，以備將來使用。電阻陣列由31個串聯的電阻組成，陣列兩端和每個電阻之間都有一個電子開關，將該點的電位傳遞到雨刮器。

雨刮器在到達任一固定端時，其行為類似于機械電位器，不會超出最后一個位置，即計數器在時鐘驅動到任一極端時不會環繞。當雨刮器改變抽頭位置時，設備上的電子開關以“先接后斷”模式工作。如果雨刮器移動多個位置，在 (t{1} w)（INC到 (V{W}) 變化）期間，多個抽頭會連接到雨刮器，此時設備的 (RTOTAL) 值可能會暫時顯著降低。

當設備斷電時，最后存儲的雨刮器位置會保存在非易失性存儲器中；恢復供電后，存儲器中的內容會被召回，雨刮器會設置為最后存儲的值。

五、指令與編程

INC、U/D和CS輸入控制雨刮器沿電阻陣列的移動。當CS設置為低電平時，設備被選中并響應U/D和INC輸入。INC的高到低轉換會根據U/D輸入的狀態對一個7位計數器進行增減。計數器的輸出經過解碼后，選擇電阻陣列上的32個雨刮器位置之一。

當CS轉換為高電平且INC輸入也為高電平時，計數器的值會存儲在非易失性存儲器中。系統可以選擇X9313、移動雨刮器并取消選擇設備，而無需將最新的雨刮器位置存儲在非易失性存儲器中。在完成雨刮器移動并到達新位置后，系統必須保持INC為低電平，同時將CS置為高電平。新的雨刮器位置將保持不變，直到系統更改或在電源上下電周期召回之前存儲的數據。

這種操作方式允許系統始終在上電時恢復到非易失性存儲器中存儲的預設值，然后在系統運行期間進行微調，這些調整可能基于用戶偏好、溫度漂移導致的系統參數變化等。

在CS保持低電平時，可以更改U/D的狀態，這使得主機系統能夠啟用設備并上下移動雨刮器，直到達到適當的調節值。

六、電氣規格

6.1 絕對最大額定值

• 溫度：偏置下的溫度范圍為 -65°C 到 +135°C，存儲溫度范圍為 -65°C 到 +150°C。
• 電壓：CS、INC、U/D和VH、VL、Vw相對于Vss的電壓范圍為 -1V 到 +7V；AV = VH - VL相對于Vss的電壓范圍為 -6V 到 +7V，X9313為4V，X9313W、X9313U為10V。
• 電流：Iw（10s）最大為8.8mA。
• ESD額定值：人體模型為2.0kV，機器模型為200V。

6.2 推薦工作條件

• 溫度：商業級為0°C 到 +70°C，工業級為 -40°C 到 +85°C。
• 電源電壓：X9313為 (V_{CC}) ±10%，X9313 - 3為3V到5.5V。
• 最大雨刮器電流：4.4mA。
• 功率額定值：RTOTAL ≥ 10k時為10mW，RTOTAL = 1k時為16mW。

6.3 電位器特性

包括端到端電阻公差、終端電壓、雨刮器電阻、雨刮器電流、噪聲、分辨率、線性度、溫度系數和電位器電容等參數。

6.4 直流電氣規格

涵蓋Vcc工作電流、待機電源電流、輸入泄漏電流、輸入高/低電流、輸入電容等參數。

6.5 交流電氣規格

包括CS到INC設置時間、INC高到U/D變化時間、U/D到INC設置時間、INC低/高周期、INC非活動到CS非活動時間、CS取消選擇時間、INC到Vw變化時間、INC周期時間、INC輸入上升和下降時間、上電到雨刮器穩定時間、Vcc上電速率和存儲周期等參數。

七、上電和掉電要求

推薦的上電順序是先施加 (V{CC}) 和 (V{SS})，然后施加電位器電壓。在上電期間，直到 (V{CC}) 達到最終值1ms后，DCP的數據表參數才完全適用，同時 (V{CC}) 斜坡規格始終有效。為了防止不必要的抽頭位置變化或意外存儲，在上電時應在 (V_{CC}) 引腳之前或同時將CS和INC置為高電平。

八、應用信息

電子數字控制電位器（XDCP）具有三個強大的應用優勢：

• 固態電位器的可變性和可靠性：固態結構使得電位器更加耐用，能夠適應各種復雜的工作環境。
• 基于計算機的數字控制的靈活性：可以通過數字信號精確控制電位器的阻值，實現自動化調節。
• 非易失性存儲器的保留性：用于存儲多個電位器設置或數據，方便在不同的工作模式之間切換。

常見的應用電路包括三端電位器、可變電壓分壓器、兩端可變電阻、緩沖參考電壓、級聯技術、非反相放大器、電壓調節器、偏移電壓調整和帶滯后的比較器等。

Intersil X9313數字控制電位器以其豐富的特性、靈活的控制方式和廣泛的應用場景，為電子工程師們提供了一個優秀的解決方案。在實際設計中，我們需要根據具體的需求合理選擇和使用該電位器，同時要注意其電氣規格和工作條件，以確保電路的穩定運行。大家在使用X9313的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。