数码电位器MAX5450在数字化AGC系统中的应用

数码电位器MAX5450在数字化AGC系统中的应用

摘要：介绍MAX5450在井下超声流量测井仪采用的以MC1350为核心的数字化自动增益控制系统中的应用，介绍MAX5450的工作原理及其高速、精确、稳定和低功耗特性。并阐述了数字化AGC系统

的优越性，低功耗、高频特性。

关键词：数字化AGC系统；MAX5450；MC1350

0 引言

在电子设备中，经常要对电信号的3个参数——振幅、频率、相位进行自动控制。例如，一部通信接收机，当发射信号地点的远近，功率的大小不同即输入信号变化时，输出信号大小能自动保持稳定，这就要求放大器的增益能自动调节。再如供电电源，当市电电网电压或是耗电负载变化时，要求输出电压保持恒定。以上这些功能属于传统自动增益控制的范畴。井下超声流量测井仪中应用的AGC 系统，则因其在井下这种特殊环境中特别是高温情况下必须保证整个系统的低功耗，耐高温，抗干扰强，体积小等特性。为达到以上要求，我们设计了以MC1350和MAX5450为核心的电路。MAX5450在单片机的控制下能实现自动调节阻值，它的源电流极低只有1uA，具有超低功耗。在分辨率足够的情况下，其调节精确，稳定，数据可长期保存和随时刷新，还有体积小，抗振动的特点。因此我们可以用很少

的器件和软件开支来实现数字化自动增益控制这一电气功能。

1 基本结构及工作原理

MAX5450是一种256节点双数字电位器，是在单片机的控制下实现自动操作的智能化器件，这种数字电位器在每片封装中都含有两只相互隔离的数字电位器，它们可以独立使用，也可以组合使用获得更高的分辨率。阶梯式的阻值变化具有调节精确和阻值稳定的特性。其阻值分辨的台阶越多，阻值变化越精细，调整的灵敏度越高。它用控制脉冲计数的方法来调整阻值，其实质是一种特殊形式的数模

转换器，其特性表现不是电流或电压，而是电阻或电阻比率。

MAX5450原理框图如图1所示，它由输入部分、译码器和电阻阵列3部分组成，在输入信号INCU/D和CS作用下，器件中的加减计数器去控制接通某个电子开关，从而把电阻阵列上的一个点连接到中间的滑动抽头以输出Vw，L=GND,Rw=Vw/Iw,Iw为固定值400uA，Vw输出的变化从而使Rw阻值发生变化。MAX5450实现电阻可控特性的关键是对上/下计数器的数值进行调整；其时序图如图2，在CS端置于低电平时，INC端每一个下降沿的触发都将依U/D 端为高/低电平而使计数器加/减1，连续给INC端送计数脉冲就可使加/减计数达到需要的数值，相应的也就改变了Vw的输出。其功能真值表如表1。

2 数码电位器在自动增益控制中的应用

超声波在不同声场，不同介质，不同温度下，传输相同的距离幅度衰减不同。井下超声波流量计在井下工作过程中超声波探头收发距离一定时，为使接收波在不同温度、介质等影响下，能输出

幅度相同；因此需要对1MHz的接收波信号进行自动增益控制。由于井下仪器对总线电流的大小有所限制。因此，我们需尽量选择小功耗，小体积，速度快的器件。根据这些要求，可以拟出实现自动增益控制

的一种可行的原理图如图3。

关，MC1350是具有宽范围AGC的高频集成运算放大器。这些MC1350检波放大输出V out经快速比较器比较后作为控制信号，并由CPLD根据控制关系和特性给出调整信号AGCHL和计数脉冲AGCCK。当V out输出增大时，经比较后，MC1350增益应该下降，AGC(即5脚)电平需下降，CPLD输出控制CD4053开关的控制信号，CD4053选通Y0,AGCHL输出低电平，Rw减少，Iw不变，AGCV电平降低，MC1350放大量减少，从而使V out信号回降，基本保持不变。通过实验，AGC的可调增益范围超过60dB。在软件的支持下，MAX5450可以获得更高的分辨率。

传统模拟AGC系统原理模型如图4所示。主要由三个基本模块组成。对模拟AGC而言，电路设计完成后，在常温情况下可以达到自动控制的要求，而井下流量计实际工作环境要求AGC能够适应温度变化。数字AGC系统较传统AGC系统的温度稳定性方面是不

可比拟的。

3 结束语

在井下流量计中，利用上述原理和方法，包括选用低功耗、耐

高温的CPLD和MAX5450及其他器件，CPLD找出最佳控制部位和控制方式，采用数码电位器实现自动增益控制可使完成控制前大大降低电源消耗。经过我们实验论证其控制的灵活性和准确性提高了仪器的温度稳定性及智能化水平。此项技术也适合推广到其他定量控制场

合或别的仪器设备中。