深入解析Intersil X9313数字控制电位器

在电子设计领域，数字控制电位器是一种非常实用的元件，它为工程师们提供了更加灵活和精确的电路控制方案。今天，我们就来深入了解一下Intersil公司的X9313数字控制电位器（XDCP）。

文件下载：X9313ZMIZ-3.pdf

一、X9313概述

X9313是一款数字控制电位器，由电阻阵列、雨刮开关、控制部分和非易失性存储器组成。它通过3线接口控制雨刮器的位置，可作为三端电位器或两端可变电阻使用，广泛应用于控制、参数调整和信号处理等领域。

二、产品特性

2.1 接口与结构

• 3线串行接口：方便与其他设备进行通信，实现对电位器的精确控制。
• 32个雨刮抽头点：提供了丰富的调节范围，能够满足不同的应用需求。
• 31个电阻元件：这些电阻元件经过温度补偿，端到端电阻范围为±20%，终端电压范围为 -VCC 到 +VCC。

2.2 电气特性

• 低功耗CMOS：工作电压 (V_{CC}) 可以是3V或5V，最大工作电流为3mA，最大待机电流为500µA，有效降低了功耗。
• 高可靠性：每个位的数据更改耐力可达100,000次，寄存器数据保留时间长达100年。
• 多种阻值选择：总电阻值（RTOTAL）有1kΩ、10kΩ、50kΩ三种可选。

2.3 封装形式

提供8引脚的SOIC、MSOP和PDIP封装，并且有无铅（RoHS合规）版本可供选择。

三、引脚说明

3.1 固定端引脚

• RH/VH和RL/VL：分别对应机械电位器的固定端，其命名参考雨刮器移动方向，而非终端电压电位。

  3.2 雨刮器引脚

• RW/VW：雨刮器终端，相当于机械电位器的可动端，雨刮器在阵列中的位置由控制输入决定，在 (V_{CC}=5V) 时，雨刮器终端串联电阻通常为40Ω。

  3.3 控制引脚

• Up/Down (U/D)：控制雨刮器的移动方向以及计数器的增减。
• Increment (INC)：负边沿触发，触发INC信号会使雨刮器移动，并根据U/D输入的逻辑电平对计数器进行增减。
• Chip Select (CS)：当CS输入为低电平时，设备被选中；当CS返回高电平且INC输入也为高电平时，当前计数器值会存储在非易失性存储器中，存储操作完成后，X9313将进入低功耗待机模式。

四、工作原理

X9313主要由输入控制、计数器和解码部分、非易失性存储器以及电阻阵列三部分组成。输入控制部分就像一个上下计数器，计数器的输出经过解码后，打开一个电子开关，将电阻阵列上的一个点连接到雨刮器输出。在适当的条件下，计数器的内容可以存储在非易失性存储器中，以备将来使用。电阻阵列由31个串联的电阻组成，阵列两端和每个电阻之间都有一个电子开关，将该点的电位传递到雨刮器。

雨刮器在到达任一固定端时，其行为类似于机械电位器，不会超出最后一个位置，即计数器在时钟驱动到任一极端时不会环绕。当雨刮器改变抽头位置时，设备上的电子开关以“先接后断”模式工作。如果雨刮器移动多个位置，在 (t{1} w)（INC到 (V{W}) 变化）期间，多个抽头会连接到雨刮器，此时设备的 (RTOTAL) 值可能会暂时显著降低。

当设备断电时，最后存储的雨刮器位置会保存在非易失性存储器中；恢复供电后，存储器中的内容会被召回，雨刮器会设置为最后存储的值。

五、指令与编程

INC、U/D和CS输入控制雨刮器沿电阻阵列的移动。当CS设置为低电平时，设备被选中并响应U/D和INC输入。INC的高到低转换会根据U/D输入的状态对一个7位计数器进行增减。计数器的输出经过解码后，选择电阻阵列上的32个雨刮器位置之一。

当CS转换为高电平且INC输入也为高电平时，计数器的值会存储在非易失性存储器中。系统可以选择X9313、移动雨刮器并取消选择设备，而无需将最新的雨刮器位置存储在非易失性存储器中。在完成雨刮器移动并到达新位置后，系统必须保持INC为低电平，同时将CS置为高电平。新的雨刮器位置将保持不变，直到系统更改或在电源上下电周期召回之前存储的数据。

这种操作方式允许系统始终在上电时恢复到非易失性存储器中存储的预设值，然后在系统运行期间进行微调，这些调整可能基于用户偏好、温度漂移导致的系统参数变化等。

在CS保持低电平时，可以更改U/D的状态，这使得主机系统能够启用设备并上下移动雨刮器，直到达到适当的调节值。

六、电气规格

6.1 绝对最大额定值

• 温度：偏置下的温度范围为 -65°C 到 +135°C，存储温度范围为 -65°C 到 +150°C。
• 电压：CS、INC、U/D和VH、VL、Vw相对于Vss的电压范围为 -1V 到 +7V；AV = VH - VL相对于Vss的电压范围为 -6V 到 +7V，X9313为4V，X9313W、X9313U为10V。
• 电流：Iw（10s）最大为8.8mA。
• ESD额定值：人体模型为2.0kV，机器模型为200V。

6.2 推荐工作条件

• 温度：商业级为0°C 到 +70°C，工业级为 -40°C 到 +85°C。
• 电源电压：X9313为 (V_{CC}) ±10%，X9313 - 3为3V到5.5V。
• 最大雨刮器电流：4.4mA。
• 功率额定值：RTOTAL ≥ 10k时为10mW，RTOTAL = 1k时为16mW。

6.3 电位器特性

包括端到端电阻公差、终端电压、雨刮器电阻、雨刮器电流、噪声、分辨率、线性度、温度系数和电位器电容等参数。

6.4 直流电气规格

涵盖Vcc工作电流、待机电源电流、输入泄漏电流、输入高/低电流、输入电容等参数。

6.5 交流电气规格

包括CS到INC设置时间、INC高到U/D变化时间、U/D到INC设置时间、INC低/高周期、INC非活动到CS非活动时间、CS取消选择时间、INC到Vw变化时间、INC周期时间、INC输入上升和下降时间、上电到雨刮器稳定时间、Vcc上电速率和存储周期等参数。

七、上电和掉电要求

推荐的上电顺序是先施加 (V{CC}) 和 (V{SS})，然后施加电位器电压。在上电期间，直到 (V{CC}) 达到最终值1ms后，DCP的数据表参数才完全适用，同时 (V{CC}) 斜坡规格始终有效。为了防止不必要的抽头位置变化或意外存储，在上电时应在 (V_{CC}) 引脚之前或同时将CS和INC置为高电平。

八、应用信息

电子数字控制电位器（XDCP）具有三个强大的应用优势：

• 固态电位器的可变性和可靠性：固态结构使得电位器更加耐用，能够适应各种复杂的工作环境。
• 基于计算机的数字控制的灵活性：可以通过数字信号精确控制电位器的阻值，实现自动化调节。
• 非易失性存储器的保留性：用于存储多个电位器设置或数据，方便在不同的工作模式之间切换。

常见的应用电路包括三端电位器、可变电压分压器、两端可变电阻、缓冲参考电压、级联技术、非反相放大器、电压调节器、偏移电压调整和带滞后的比较器等。

Intersil X9313数字控制电位器以其丰富的特性、灵活的控制方式和广泛的应用场景，为电子工程师们提供了一个优秀的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的需求合理选择和使用该电位器，同时要注意其电气规格和工作条件，以确保电路的稳定运行。大家在使用X9313的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。