TPL0401x-10 单通道 128 抽头 I²C 数字电位器技术文档总结

TPL0401x-10 设备是一款单通道线性锥形数字电位器，拥有 128 个擦拭位置。TPL0401x-10 的低端位于内部并连接到 GND。滑动器的位置可以通过 I 键进行调节^2^C接口。TPL0401x-10 是提供6针SC70封装，指定温度范围为–40°C至+125°C。该部件端到端电阻为10 kΩ，电源电压范围为2.7 V至5.5 V。此类产品广泛用于低功耗DDR3的电压参考设置 记忆。

TPL0401x-10的低压端子内置并连接到GND。
*附件：tpl0401a-10.pdf

特性

• 单通道，128位分辨率
• 10-kΩ端到端电阻选项
• 低温系数：22 ppm/°C
• 我^2^C 串行接口
• 2.7伏至5.5伏单电源工作
• ±20%的阻力容忍度
• A和B版本的I不同^2^C 地址
• L端子是内部的，连接到GND
• 工作温度：–40°C至+125°C
• 提供行业标准SC70封装
• 根据JESD 22测试的ESD性能
  • 2000-V人体模型（A114-B，II类）

参数

方框图

TPL0401x-10 是德州仪器（TI）推出的单通道线性抽头数字电位器系列，包含 TPL0401A-10 和 TPL0401B-10 两个版本（仅 I²C 地址不同），具备 128 级分辨率、10 kΩ 端到端电阻，支持 2.7V-5.5V 单电源供电，通过 I²C 接口实现 wiper 位置编程，适用于机械电位器替换、可调电源、放大器增益调节、传感器校准等场景。

一、芯片基础信息与核心特性

1. 基础规格

• 文档与型号 ：文档编号 SLIS144B，2011 年 9 月发布、2017 年 2 月修订；TPL0401A-10 I²C 地址 0101110，TPL0401B-10 地址 0111110，引脚与功能完全一致。
• 供电与温度 ：电源电压（VDD）2.7V-5.5V，工作温度 - 40°C 至 125°C，存储温度 - 65°C 至 150°C，结温最高 130°C。
• 封装与散热 ：6 引脚 SC70 封装（2.00mm×1.25mm），结到环境热阻 234°C/W，体积小巧适合空间受限场景。

2. 核心性能指标

• 电阻与线性度 ：端到端电阻（R_TOTAL）8 kΩ-12 kΩ（典型 10 kΩ），wiper 电阻（R_W）35Ω-100Ω，端子电阻（R_H）100Ω-200Ω；温度系数 22 ppm/°C，确保宽温范围内稳定性。
• 分辨率与精度 ：128 级 wiper 位置（0x00-0x7F），分压模式下 INL±0.5 LSB、DNL±0.25 LSB，零刻度误差 0-1.5 LSB，满刻度误差 - 1.5-0 LSB，线性度优异。
• 接口与功耗 ：支持 I²C 标准模式（100 kHz）和快速模式（400 kHz）；待机电流（I_DD (STBY)）最高 1.5 µA（-40°C 至 125°C），功耗极低。
• ESD 与可靠性 ：人体放电模型（HBM）±2500 V，带电器件模型（CDM）±1000 V，具备良好静电防护能力；wiper 最大连续电流 ±2 mA，端子（H/W）最大 ±5 mA。

二、关键功能模块与工作原理

1. 核心功能模块

• 单通道数字电位器架构 ：
  • 包含高端子（H）、wiper 端子（W）、低端子（L），L 端子内部接地，无需外部连接；端到端电阻 10 kΩ，wiper 可在 H 和 L 之间 128 级可调，实现分压或可变电阻功能。
  • 支持两种工作模式：分压模式（H、W、L 均使用，输出电压与 wiper 位置成正比）和变阻器模式（利用 H-W 或 W-L 间可变电阻），满足不同应用需求。
• I²C 接口控制 ：
  • 通过 I²C 总线写入 8 位寄存器配置 wiper 位置，写入时最高位自动丢弃（如写入 0xFF 实际为 0x7F）；支持读回当前 wiper 位置，便于系统校验。
  • 上电默认 wiper 位置为 0x40（中间位置，对应 50% 分压），无掉电保持功能，重新上电后恢复默认值。
• 关键电气特性 ：
  • 分压模式带宽 2862 kHz（10 pF 负载），wiper 切换建立时间 0.152 µs，响应速度快；总谐波失真（THD+N）0.03%，信号完整性优异。
  • 端子电容 H 端 10 pF、W 端 11 pF，寄生参数小，适配高频场景。

2. 工作原理

• 本质为数字化控制的可变电阻网络，通过 I²C 接口接收主机指令，将 wiper 定位到 128 个抽头中的指定位置，改变 H-W 和 W-L 间的电阻比例。
• 分压模式下，输出电压 V_W = (V_H - V_L) × (D/128)（D 为 wiper 位置十进制值，0≤D≤127），V_L 固定为 GND，因此 V_W 与 V_H 和 wiper 位置线性相关；变阻器模式下，直接利用 H-W 或 W-L 间的可变电阻实现阻抗调节。

三、应用场景与设计建议

1. 典型应用

• 机械电位器替换 ：替代传统电位器，消除机械磨损、接触不良问题，提升系统可靠性。
• 可调电源与校准 ：用于基准电压调节（如 DDR3 内存参考电压校准）、阈值电压设定，通过编程实现精确校准。
• 放大器增益与偏移调节 ：配合运算放大器，通过改变反馈电阻比例调节增益，或实现偏移电压微调。
• 传感器校准 ：补偿传感器个体差异，通过 wiper 位置编程修正测量偏差。

2. 设计注意事项

• 电源与上电序列 ：需先启动 VDD，再为 SDA、SCL、H/W 端子施加电压，避免保护二极管正向导通；上电后需等待 120 µs 再启动 I²C 通信，确保芯片稳定。
• I²C 总线设计 ：SDA 和 SCL 线需尽量短（建议 5-10 mil 线宽），减少寄生电容；总线需外接上拉电阻，参考 TI I²C 总线拉电阻计算指南选型。
• 布局与 decoupling ：VDD 引脚就近并联 0.1 µF-10 µF 电容（低 ESR 类型），滤除电源纹波；接地路径需低阻低感，H/W 端子走线避免过长，减少负载影响。
• ESD 防护 ：芯片内置 ESD 防护，但存储和焊接时仍需采取防静电措施，避免引脚悬空。

四、关键配置与操作要点

1. 核心功能配置

• wiper 位置编程 ：
  • 写操作：I²C 主机发送 START→从机地址（R/W=0）→ACK→寄存器地址（0x00）→ACK→wiper 位置数据（0x00-0x7F）→ACK→STOP。
  • 读操作：发送 START→从机地址（R/W=0）→ACK→寄存器地址（0x00）→ACK→重复 START→从机地址（R/W=1）→ACK→读取数据→NACK→STOP；支持短读模式（直接发送读地址，无需寄存器地址）。
• 模式选择 ：
  • 分压模式：同时使用 H、W、L 端子，需确保 H 端电压高于 L 端（GND），建议通过运放缓冲输出，避免负载影响分压精度。
  • 变阻器模式：仅使用 H-W 或 W-L 端子，注意 wiper 电流不超过 ±2 mA，避免损坏器件。

2. 关键操作注意事项

• 上电后 wiper 默认位置 0x40（中间位置），无掉电保存功能，如需特定初始位置，上电后需重新编程。
• 写入 wiper 位置时，数据最高位（bit7）会被丢弃，例如写入 0x80 实际生效为 0x00，写入 0xFF 生效为 0x7F。
• 宽温场景下需考虑电阻温度系数影响，必要时通过软件算法补偿误差。