高分辨率指數(shù)式數(shù)字電位器的設(shè)計(jì)
利用單片機(jī)對(duì)普通低分辨率線性數(shù)字電位器進(jìn)行指數(shù)化及高分辨率的改造,使通用型數(shù)字電位器達(dá)到音頻領(lǐng)域的應(yīng)用要求,并具有較好的通用性與較高的性價(jià)比
人耳對(duì)聲強(qiáng)的主觀感受遵循韋伯定律(Webber''s Law),在音量較小時(shí)人耳對(duì)聲波振幅的改變感受靈敏,聲音達(dá)到一定響度后,人耳的聽覺(jué)特性開始變得遲鈍。而指數(shù)型電位器的阻值變化規(guī)律為先慢后快,如果將這種衰減特性用在音量調(diào)節(jié)中,則恰好可以抵消人耳對(duì)音量感知的對(duì)數(shù)特性,保證主觀聽感的平滑。
與傳統(tǒng)的機(jī)械式音量電位器相比,數(shù)字電位器（DCP）的阻值調(diào)節(jié)由內(nèi)部CMOS開關(guān)控制,因而使用壽命長(zhǎng)、可靠性高且不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械噪聲;如果將廉價(jià)的通用型線性數(shù)字電位器直接用于音量調(diào)節(jié),在小音量狀態(tài)下稍微調(diào)節(jié)電位器即會(huì)使輸出聲壓陡然增加,無(wú)法保證大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)音量的準(zhǔn)確定位,因此目前將數(shù)字式電位器運(yùn)用在成熟功放產(chǎn)品中的實(shí)例還不多。實(shí)際上,如果將低分辨率線性數(shù)字電位器與通用嵌入式系統(tǒng)結(jié)合起來(lái),就能夠得到運(yùn)用于音量控制領(lǐng)域的低成本高分辨率指數(shù)式電位器。
總體設(shè)計(jì)方案
在數(shù)字電位器的擴(kuò)展系統(tǒng)中,主控單元可選用常見的8位或16位成熟單片機(jī)。這里我們主要針對(duì)Intersil公司的低分辨率線性數(shù)字電位器X9313、X9312進(jìn)行擴(kuò)展,系統(tǒng)最終能夠達(dá)到的實(shí)際分辨率為31×99=3069級(jí);如果把32抽頭的X9313全部更換為X9312,分辨率還可以進(jìn)一步提高至9801級(jí)。
X9313與X9312這兩種DCP均為三線制接口、帶掉電自動(dòng)保存功能的非易失性數(shù)字電位器,其內(nèi)部分別包含31、99個(gè)電阻單元構(gòu)成的電阻陣列,相鄰兩個(gè)電阻單元以及電阻陣列端點(diǎn)都設(shè)置有可以被滑動(dòng)單元訪問(wèn)的抽頭,如圖1所示�；瑒�(dòng)單元的位置由CS、U/D和INC三個(gè)輸入端控制,抽頭位置值能夠被存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中,供下次上電時(shí)調(diào)用置位。
圖1 X931x系列DCP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的每個(gè)聲道的音量控制由兩個(gè)X9313與一個(gè)X9312構(gòu)成,圖2為三個(gè)數(shù)字電位器的功能連接圖。所有DCP的U/D、INC端分別連接在一起,而片選端CS各自占用一個(gè)MCU端口。這種硬件連接方式能夠很容易地實(shí)現(xiàn)四聲道乃至更多聲道的音量控制。為了與常見的數(shù)字式音量調(diào)整習(xí)慣一致,最好不要保留通用DCP的三鍵式控制方式,而只需設(shè)置UP/DOWN兩組按鍵直接控制音量的增減。UP/DOWN按鍵與MCU的連接應(yīng)設(shè)置軟件延時(shí)的去抖算法,以消除按鍵輸入時(shí)的抖動(dòng),MCU與DCP之間則不再考慮按鍵抖動(dòng)。
圖2 系統(tǒng)連接示意圖
分辨率擴(kuò)展
Ra和Rb同時(shí)并聯(lián)在輸入信號(hào)Vin的兩端,其抽頭數(shù)均為32。Ra和Rb的輸出作Rc端口電壓VH和VL設(shè)置,Ra始終比Rb高一個(gè)位置間隔,這樣就可以將1/32Vi～31/32Vi共31種輸入信號(hào)的電壓變化加到Rc兩端。由于Rc選用了100抽頭的DCP,從而可以在Rc輸出端得到31×（100-1）=3069級(jí)的Vin線性電壓值。
