深入解析DS3904/DS3905：三通道128位非易失性数字可变电阻/开关

在电子设计领域，数字可变电阻/开关是实现电路参数调整和控制的重要元件。Dallas Semiconductor（现Maxim）推出的DS3904/DS3905三通道128位非易失性数字可变电阻/开关，以其独特的特性和广泛的应用场景，成为众多工程师的选择。

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1. 产品概述

DS3904/DS3905内部集成了三个非易失性（NV）、低温漂的可变数字电阻，每个电阻有128个用户可选位置。此外，它们还具备高阻抗设置，可使每个电阻作为数字开关使用。该器件工作电压范围为2.7V至5.5V，通过两线串行接口进行通信。其中，DS3904有一个地址引脚，允许两个DS3904共享总线；DS3905有三个地址引脚，最多可允许八个DS3905共享同一总线。因其低成本和小尺寸，DS3904/DS3905是传统机械微调电阻的理想替代品。

2. 产品特性

2.1 电阻特性

• 多种阻值选择：提供三种20kΩ，或两种20kΩ和一种10kΩ的128位线性数字电阻组合。
• 非易失性存储：电阻设置存储在非易失性存储器中，掉电后数据不丢失。
• 高阻抗开关功能：每个电阻都有高阻抗设置，可用于控制数字逻辑。
• 低温漂特性：温度系数低，确保在不同温度环境下电阻值的稳定性。

2.2 电气特性

• 宽工作电压范围：2.7V至5.5V的工作电压范围，适应多种电源系统。
• 两线串行接口：通过两线串行接口进行通信，方便与其他设备连接。
• 低功耗：待机电流低，在不同电源电压下都能保持较低的功耗。

2.3 温度特性

• 工业级温度范围：工作温度范围为 -40°C至 +85°C，适用于工业环境。
• 温度系数可控：不同电阻位置的温度系数不同，但在设计上保证了一定的范围。

3. 引脚配置与典型电路

3.1 引脚配置

DS3904采用8引脚µSOP封装，DS3905采用10引脚µSOP封装。主要引脚包括SDA（两线串行数据）、SCL（两线串行时钟）、VCC（电源电压）、GND（接地）以及电阻的高电平端子H0、H1、H2等。不同的地址引脚（A0、A1、A2）用于设备地址选择。

3.2 典型电路

文档中给出了典型的工作电路示例，包括用于可调电流源的可变电阻电路、两线可寻址开关电路等。这些电路展示了DS3904/DS3905在实际应用中的连接方式和工作原理。

4. 电气参数

4.1 绝对最大额定值

• 工作温度范围： -40°C至 +85°C
• 编程温度范围：未明确下限至 +70°C
• 存储温度范围： -55°C至 +125°C
• 焊接温度：参考J - STD - 020规范

4.2 推荐直流工作条件

包括电源电压、输入逻辑电平、电阻电流等参数，确保器件在正常工作范围内稳定运行。

4.3 直流电气特性

如输入泄漏电流、待机电源电流、低电平输出电压等，这些参数反映了器件在直流工作状态下的性能。

4.4 模拟电阻特性

包括绝对线性度、相对线性度、温度系数、不同位置的电阻值等，这些参数对于精确控制电阻值至关重要。

4.5 交流电气特性

涉及SCL时钟频率、总线空闲时间、数据保持时间等参数，确保两线串行通信的稳定性和可靠性。

4.6 非易失性存储器特性

EEPROM写入次数可达50,000次，保证了数据存储的可靠性。

5. 工作模式与操作

5.1 可变电阻存储器组织

通过与特定寄存器（F8h、F9h、FAh）通信来寻址可变电阻，每个寄存器对应一个电阻，可设置128个位置（00h至7Fh），写入大于7Fh的值可进入高阻抗模式。

5.2 作为开关使用

利用高阻抗模式，可将电阻作为开关产生数字输出。设置电阻寄存器为00h产生低电平，写入80h进入高阻抗状态，配合外部上拉电阻可产生高电平。

5.3 时钟和数据转换

• 起始条件：SCL为高电平时，SDA由高到低的转换为起始条件，必须在任何命令之前。
• 停止条件：SCL为高电平时，SDA由低到高的转换为停止条件，停止命令使器件进入低功耗模式。
• 确认：所有地址和数据字节通过串行协议传输，器件在第九个时钟脉冲时将SDA线拉低以确认收到每个字节。

5.4 待机模式

器件在上电、停止命令后以及所有内部操作完成后自动进入低功耗待机模式。

5.5 总线复位

在协议中断、电源丢失或系统复位后，通过时钟最多九个周期、查找SDA高电平、创建起始条件等步骤来复位器件。

5.6 设备寻址

器件需要在起始条件后接收8位设备地址字节，根据地址字节中的R/W位确定读写操作。

5.7 读写操作

• 写操作：收到匹配的设备地址字节且R/W位为低时，进入写模式，需依次发送EEPROM内存地址和数据字节，最后以停止条件结束操作。
• 读操作：收到匹配的设备地址字节且R/W位为高时，进入读模式，需要先进行虚拟字节写序列以加载寄存器地址，然后通过重复起始条件开始读取数据。

6. 两线串行端口操作

6.1 协议概述

两线串行端口支持双向数据传输协议，包括起始条件、停止条件、数据有效等定义。数据传输在总线空闲时启动，时钟线为高时数据线必须保持稳定。

6.2 数据传输类型

• 主发送器到从接收器：主设备发送命令/控制字节和数据字节，从设备在每个接收字节后返回确认位。
• 从发送器到主接收器：主设备发送命令/控制字节，从设备返回确认位，然后发送数据字节，主设备返回NACK并以停止条件结束。

6.3 工作模式

DS3904/DS3905可工作在从接收器模式、从发送器模式和从地址模式，根据命令/控制字节中的R/W位确定操作类型。

7. 应用信息

7.1 电源去耦

使用0.01µF或0.1µF的高品质陶瓷表面贴装电容对电源进行去耦，以提高性能。

7.2 高电阻端子电压

电阻高端子的电压可以高于VCC电压，允许3V系统控制5V系统，但电阻高端子的最大电压仍为5.5V。

8. 总结

DS3904/DS3905以其丰富的特性和灵活的操作模式，为电子工程师在电路设计中提供了强大的工具。无论是电源校准、手机和PDA、光纤收发模块还是便携式电子设备等应用场景，DS3904/DS3905都能发挥重要作用。在实际设计中，工程师需要根据具体需求合理选择器件，并注意电气参数和操作规范，以确保电路的稳定性和可靠性。

你在使用DS3904/DS3905的过程中遇到过哪些问题？或者你对该器件的应用有什么独特的见解？欢迎在评论区分享交流。