一种高精度可编程电阻合成电路及其设定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可编程电阻器设计领域，具体涉及一种高精度可编程电阻合成电路及 其设定方法。
【背景技术】
[0002] 在电路系统中一个电阻值的改变往往可以使电路的特性发生很大的改变，而在一 些电阻型传感器中，其表征被测量的输出就是可变的电阻。所以不论是从控制电路特性的 角度还是模拟一些特殊的传感器的角度我们都希望实现电阻的可编程控制，最近几年，可 程控的精密电阻已经广泛应用工业设计、武器、宇航等各种领域。
[0003] 对于可编程电阻的设计，目前较常用的做法有：
[0004] 1、通过继电器或电子开关切换不同电阻的组合得到可变的阻值，该方法实现原理 简单，但是电路体积庞大，精度难以掌控，且继电器开关瞬间会产生强大的电磁干扰，影响 后端米集电路；
[0005] 2、通过伺服电机驱动电位器得到可变的阻值，该方法设备复杂，为了得到精密的 电阻值必须采用高分辨率的编码器、A/D转换器、高精度步进电机，并需要复杂的电机控制 电路，因此系统成本昂贵且体积较大，实现困难；
[0006] 3、采用运放等构成单口网络，通过编程得到输入电压及电流的比值，获得可编程 的线性电阻，系统中运放的本地噪声、非线性误差都会对实现电阻的精度产生较大影响，电 路设计比较复杂且一致性较差；
[0007] 4、通过数字电位器实现可变电阻，但目前的数字电位器的分辨率不高.在10ΚΩ 的范围内最多只能做到1024个抽头，单分层控制精度达到10 Ω左右，精度不能满足要求。
[0008] 为此，亟待解决的问题是提出一种电路设计简单、成本低、实现灵敏度高，电路面 积小、控制灵活且可以大量集成可编程电阻合成电路。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是针对上述对可编程电阻的设计结构复杂，体积大、精度低难以实 现等技术问题提出的一种高精度可编程电阻合成电路及其设定方法，电路设计简单、实现 灵敏度度高，控制灵活，电路面积小，可以大量集成。
[0010] 为了达到上述目的，本发明提出一种高精度可编程电阻合成电路设定方法，主要 包括以下步骤：A、在数控电位器两端并联高精密固定电阻，根据设计输出电阻的最大值和 数控电位器的满量程范围确定固定电阻阻值；B、对数控电位器的输出电阻进行设置，所述 数控电位器的输出电阻包括并联连接的第一输出电阻和第二输出电阻；C、将对数控电位器 输出电阻的设置值数据发送给FPGA，FPGA进而通过SPI总线控制数控电位器电阻的输出； D、通过数控电位器输出电阻的实际电阻值与固定电阻得到最终输出电阻值。
[0011] 作为优选，所述步骤B包括：步骤B1、设定数控电位器第二输出电阻的预设值；步 骤B2、通过固定电阻、第二输出电阻的预设值以及设计输出电阻确定数控电位器第一输出 电阻的理想值；步骤B3、通过第一输出电阻的理想值、数控电位器的零值电阻及数控电位 器的设置步进得到数控电位器第一输出电阻的设置值，所述数控电位器的零值电阻及设置 步进通过查表得到；步骤M、根据第一输出电阻的设置值、数控电位器的零值电阻及数控 电位器的设置步进得到第一输出电阻的实际值，由第一输出电阻的实际值、固定电阻及设 计输出电阻得到数控电位器第二输出电阻的理想阻值；步骤B5、根据数控电位器第二输出 电阻的理想值、数控电位器的零值电阻及数控电位器的设置步进得到数控电位器第二输出 电阻的设置值，由第二输出电阻的设置值、数控电位器的零值电阻及数控电位器的设置步 进得到第二输出电阻的实际值。
[0012] 作为优选，所述固定电阻选用0. 1%精度的高精密固定电阻，其阻值由公式M/N确 定，其中M为设计输出电阻的最大值与数控电位器满量程的一半的乘积，N为数控电位器满 量程的一半与设计输出电阻最大值的差值。
[0013] 作为优选，所述数控电位器第二输出电阻的预设值取数控电位器满量程的80%， 所述第一输出电阻的理想值根据ΡΛΧ-Υ-Ζ)确定，其中P为固定电阻、第二输出电阻的预设 值和设计输出电阻值的乘积，X为固定电阻和第二输出电阻预设值的乘积，Y为设计输出电 阻与固定电阻的乘积，Z为设计输出电阻与第二输出电阻预设值的乘积。
[0014] 作为优选，所述第一输出电阻的预设值由S/Q的整数部分确定，其中S为第一输出 电阻的理想值与数控电位器零值电阻的差值，Q为数控电位器的设置步进。
[0015] 本发明另外还提出一种高精度可编程电阻合成电路，主要包括FPGA、数控电位器 和固定电阻，所述固定电阻与数控电位器并联连接，所述FPGA接收对数控电位器的输出电 阻的步进设置值数据，并将设置值数据通过SPI总线控制数控电位器的输出电阻的阻值， 所述数控电位器输出电阻包括并联连接的第一输出电阻和第二输出电阻。
[0016] 作为优选，所述FPGA的3个I/O接口分别连接数控电位器的片选端、时钟端和数 据端，形成SPI总线。
[0017] 作为优选，所述固定电阻选用0. 1%精度的高精密电阻。
[0018] 作为优选，所述数控电位器采用MAX549X系列电位器。
[0019] 作为优选，所述数控电位器电源端与地端之间跨接0.1 uF的去耦电容。
[0020] 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明通过采用数字电位器结 合高精度固定电阻的方式产生可编程电阻，经过大量实验验证，对电路中各电阻的层层设 置，确定最佳设置过程及计算方式，电路设计简单、实现灵敏度很高，电路面积非常小且控 制灵活，可以大量集成，同时实现多路电阻的产生。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明所述的一种高精度可编程电阻合成电路设定方法的流程图；
[0022] 图2为本发明所述的一种高精度可编程电阻合成电路原理框图；
[0023] 图3为本发明所述的一种高精度可编程电阻合成电路原理图。
【具体实施方式】
[0024] 本发明提供一种高精度可编程电阻合成电路及其设定方法，下面结合不同实施例 对本发明做进一步地说明。
[0025] 实施例一，本实施例提出一种高精度可编程电阻合成电路的设定方法。
[0026] 参考图1，主要包括以下步骤：
[0027] 步骤001、为提高输出电阻Rx的精度，在数控电位器两端并联高精密固定电阻R i， 所述固定电阻选用〇. 1%精度的高精密固定电阻，根据所需设计输出电阻的最大值RxjAjP 数控电位器的满量程Rdi范围确定固定电阻R i的阻值，即
【主权项】
1. 一种高精度可编程电阻合成电路设定方法，其特征在于，主要包括以下步骤： A、 在数控电位器两端并联高精密固定电阻，根据设计输出电阻的最大值和数控电位器 的满量程范围确定固定电阻的阻值； B、 对数控电位器的输出电阻进行设置，所述数控电位器的输出电阻包括并联连接的第 一输出电阻和第二输出电阻； C、 将对数控电位器输出电阻的设置值数据发送给FPGA，FPGA进而通过SPI总线控制数 控电位器电阻的输出； D、 通过数控电位器输出电阻的实际电阻值与固定电阻得到最终输出电阻值。
2. 根据权利要求1所述的一种高精度可编程电阻合成电路的设定方法，其特征在于， 所述步骤B包括： 步骤B1、设定数控电位器第二输出电阻的预设值； 步骤B2、通过固定电阻、第二输出电阻的预设值以及设计输出电阻确定数控电位器第 一输出电阻的理想值； 步骤B3、通过第一输出电阻的理想值、数控电位器的零值电阻及数控电位器的设置步 进得到数控电位器第一输出电阻的设置值，所述数控电位器的零值电阻及设置步进通过查 表得到； 步骤B4、根据第一输出电阻的设置值、数控电位器的零值电阻及数控电位器的设置步 进得到第一输出电阻的实际值，由第一输出电阻的实际值、固定电阻及设计输出电阻得到 数控电位器第二输出电阻的理想阻值； 步骤B5、根据数控电位器第二输出电阻的理想值、数控电位器的零值电阻及数控电位 器的设置步进得到数控电位器第二输出电阻的设置值，由第二输出电阻的设置值、数控电 位器的零值电阻及数控电位器的设置步进得到第二输出电阻的实际值。
3. 根据权利要求1所述的一种高精度可编程电阻合成电路的设定方法，其特征在于， 所述固定电阻选用〇. 1%精度的高精密固定电阻，其阻值由公式M/N确定，其中M为设计输 出电阻的最大值与数控电位器满量程的一半的乘积，N为数控电位器满量程的一半与设计 输出电阻最大值的差值。
4. 根据权利要求2所述的一种高精度可编程电阻合成电路的设定方法，其特征在于， 所述数控电位器第二输出电阻的预设值为数控电位器满量程的80%，所述第一输出电阻的 理想值根据P/ (X - Y - Z)确定，其中P为固定电阻、第二输出电阻的预设值和设计输出 电阻值的乘积，X为固定电阻和第二输出电阻预设值的乘积，Y为设计输出电阻与固定电阻 的乘积，Z为设计输出电阻与第二输出电阻预设值的乘积。
5. 根据权利要求2所述的一种高精度可编程电阻合成电路的设定方法，其特征在于， 所述第一输出电阻的预设值由S/Q的整数部分确定，其中S为第一输出电阻的理想值与数 控电位器零值电阻的差值，Q为数控电位器的设置步进。
6. -种高精度可编程电阻合成电路，其特征在于，包括FPGA、数控电位器和固定电阻， 所述固定电阻与数控电位器并联连接，所述FPGA接收对数控电位器的输出电阻的设置值 数据，并将设置值数据通过SPI总线控制数控电位器的输出电阻的阻值，所述数控电位器 输出电阻包括并联连接的第一输出电阻和第二输出电阻。
7. 根据权利要求6所述的一种高精度可编程电阻合成电路，其特征在于，所述FPGA的 3个I/O接口分别连接数控电位器的片选端、时钟端和数据端形成SPI总线。
8. 根据权利要求7所述的一种高精度可编程电阻合成电路，其特征在于，所述固定电 阻选用0. 1 %精度的高精密电阻。
9. 根据权利要求8所述的一种高精度可编程电阻合成电路，其特征在于，所述数控电 位器采用MAX549x系列电位器。
10. 根据权利要求9所述的一种高精度可编程电阻合成电路，其特征在于，所述数控电 位器电源端与地端之间跨接0.1 uF的去耦电容。
【专利摘要】本发明提出一种高精度可编程电阻合成电路及其设定方法，通过数控电位器与高精度固定电阻并联的方式产生可编程电阻，通过对数控电位器的输出电阻阻值的分层设置，实现可编程电阻的高精度控制，经过大量实验验证，输出误差小于5mΩ，电路设计简单，灵敏度高且电路面积非常小，可以大量集成，在工业测试及仪器仪表的使用有广泛的应用前景。
【IPC分类】G05B19-042
【公开号】CN104808563
【申请号】CN201510211527
【发明人】牛翠霞, 原达, 王凡, 安志勇
【申请人】山东工商学院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月29日