利用数字电位计AD5292提供对数音量控制并减少毛刺 (CN0120)

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）

 

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V_OUT归一化的对数输出电压V_IN。

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 V_RMS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V_IN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。

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。