數(shù)字可調(diào)電位器，也稱為數(shù)字電位計(jì)或digpots，正在取代所有電子系統(tǒng)中的老式機(jī)械版本，而不僅僅是在更知名的音頻應(yīng)用中。數(shù)字電位器是數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的更簡(jiǎn)單、更便宜的版本，以可變電阻的形式產(chǎn)生模擬輸出。數(shù)字方法有易失性和非易失性兩種類型，具有許多優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字電位器對(duì)灰塵、污垢和濕氣不敏感，如果它們侵入，可能會(huì)殺死機(jī)械部件。

介紹

數(shù)字電位計(jì)比機(jī)械電位計(jì)可靠得多。數(shù)字電位器可以輕松保證 50，000 次寫入周期，而機(jī)械部件的寫入周期僅為幾千次，有時(shí)甚至只有幾百次。數(shù)字電位器分辨率范圍從 32 步（5 位）到 256 步（8 位）等。對(duì)于LCD顯示器對(duì)比度和其他動(dòng)態(tài)范圍不重要的應(yīng)用，低分辨率是可以接受的。最近的高分辨率數(shù)字電位器非常適合在某些音頻和高保真應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高達(dá)90dB的典型動(dòng)態(tài)范圍。

非易失性

對(duì)于某些應(yīng)用，數(shù)字電位器需要非易失性存儲(chǔ)器功能。這兩種器件類型（易失性和非易失性存儲(chǔ)器）在市場(chǎng)上都已得到很好的應(yīng)用。非易失性數(shù)字電位器與其機(jī)械電位器最相似，因?yàn)樗Ａ綦娮柚担c外部條件（例如是否存在電源電壓）無(wú)關(guān)。

具有非易失性存儲(chǔ)器的數(shù)字電位器廣泛用于音頻設(shè)備，因?yàn)榧词闺娫赐耆P(guān)閉，內(nèi)部存儲(chǔ)值也能保證上電后始終相同的電阻設(shè)置。

MAX5427/MAX5428/MAX5429系列數(shù)字電位器具有獨(dú)特的編程功能。每個(gè)器件都具有一次性可編程 （OTP） 功能，可將游標(biāo)的上電復(fù)位 （POR） 位置設(shè)置為用戶定義的值。（游標(biāo)位置保持可調(diào)，但在上電時(shí)始終返回到編程位置。作為替代方案，OTP 功能允許您禁用接口并將游標(biāo)永久鎖定在所需位置，從而防止進(jìn)一步調(diào)整。因此，該器件成為固定電阻分壓器，而不是電位計(jì)。

音頻注意事項(xiàng)

電子電位器提供對(duì)數(shù)和線性函數(shù)。對(duì)數(shù)電位計(jì)通常用于調(diào)節(jié)高保真音頻中的音量，因?yàn)閷?duì)數(shù)電位器的每一步都會(huì)為非線性人耳產(chǎn)生音量的線性變化。當(dāng)今高度集成的數(shù)字電位器在單個(gè)芯片中提供多達(dá)六個(gè)獨(dú)立的電位計(jì)。因此，這些電位器還支持許多需要多個(gè)聲道的音頻應(yīng)用，例如立體聲和杜比環(huán)繞聲系統(tǒng)。

對(duì)于音頻，特別是對(duì)于低衰減（32級(jí)）數(shù)字電位器，必須特別注意步進(jìn)游標(biāo)轉(zhuǎn)換。如果游標(biāo)未在0V時(shí)準(zhǔn)確切換，則音頻中可能包含惱人的咔嗒聲和爆裂聲（圖1）。幸運(yùn)的是，某些新一代數(shù)字電位器具有一種稱為過(guò)零檢測(cè)的功能，可減少游標(biāo)轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生的可聞噪聲。內(nèi)部過(guò)零和超時(shí)電路可確保游標(biāo)僅在檢測(cè)到過(guò)零 （0V） 或 50ms 延遲（以先到者為準(zhǔn)）后改變位置。

圖1.在 0V 電平切換對(duì)可聽(tīng)見(jiàn)咔嗒聲和爆裂聲的影響。

除了上述模擬域考慮因素外，每個(gè)數(shù)字電位器都有一個(gè)數(shù)字接口。大多數(shù)可通過(guò)傳統(tǒng)的串行接口（如 I2C 或 SPI?，有些提供有用的上/下界面。

更好的性能

與機(jī)械電位計(jì)相比，數(shù)字電位器還具有另一個(gè)性能優(yōu)勢(shì)。數(shù)字可調(diào)電位器現(xiàn)在可以直接安裝在信號(hào)路徑中的電路板上，從而消除了與電子控制裝置進(jìn)行復(fù)雜而昂貴的機(jī)械集成的需要。數(shù)字電位器提高了電噪聲的抑制能力，并消除了連接機(jī)械電位計(jì)所需的電纜所拾取的干擾。

傳統(tǒng)的數(shù)字電位計(jì)不需要大量的解釋，因?yàn)樗鼈冎苯犹娲鷤鹘y(tǒng)的機(jī)械電位器，并以類似的方式工作。盡管如此，特定于應(yīng)用程序的設(shè)備，例如為低成本立體聲音量控制而設(shè)計(jì)的設(shè)備，值得一些評(píng)論。針對(duì)特定應(yīng)用的音頻設(shè)備通常在寬電壓范圍內(nèi)工作，以適應(yīng)各種音頻信號(hào)。它們通常是對(duì)數(shù)錐度裝置，其中每步的衰減分貝數(shù)隨著步數(shù)的增加而增加，從而更好地再現(xiàn)人耳的反應(yīng)。有時(shí)，該器件包括靜音功能，該功能會(huì)進(jìn)一步衰減大量信號(hào)（例如，30dB）。

溫度問(wèn)題

數(shù)字電位計(jì)的典型特性之一是在額定溫度范圍內(nèi)指定的溫度系數(shù)（TC）。大多數(shù)電位計(jì)必須指定兩種不同的TC。首先，絕對(duì)端到端TC是一個(gè)大值，表示電阻隨溫度的絕對(duì)變化，計(jì)算公式為：

ΔR = R取消計(jì)算× TC × ΔT/106

其中：
R取消計(jì)算是未補(bǔ)償電阻值，TC是溫度系數(shù)，

ΔT是溫度變化。

因此，例如，電阻為20kΩ、絕對(duì)TC為35ppm的數(shù)字電位計(jì)在35°C溫度范圍內(nèi)將表現(xiàn)出0Ω（2.50%）的變化。此外，20kΩ端到端電阻的初始值可能會(huì)有很大差異;范圍為15kΩ至25kΩ。在這種情況下，32個(gè)增量（步進(jìn)）的電阻值范圍為470Ω至780Ω。當(dāng)然，這種變化遠(yuǎn)高于絕對(duì)TC偏差。

第二種類型的TC是比率公制TC。電位計(jì)通常用作分壓器，特別是在絕對(duì)電阻值遠(yuǎn)不如絕對(duì)TC和階躍變化重要的比例公制應(yīng)用中。例如，比率公制TC僅為5ppm，將允許非常穩(wěn)定的配置，以實(shí)現(xiàn)溫度范圍內(nèi)的可調(diào)增益。

高分辨率應(yīng)用

可編程增益放大器 （PGA） 和儀表放大器 （IA） 中的數(shù)字電位計(jì)比標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)電路中使用的數(shù)字電位計(jì)需要更高的精度（圖 2）。這些應(yīng)用通常需要在?0°C至+025°C范圍內(nèi)低至40.85%的分壓比容差（精度）。

圖2.運(yùn)算放大器和數(shù)字電位計(jì)（下部IC）共同實(shí)現(xiàn)精密、可編程增益放大器（PGA）。

結(jié)論

與機(jī)械電位計(jì)相比，數(shù)字電位計(jì)具有許多顯著優(yōu)勢(shì)。除了提高可靠性外，由于寄生效應(yīng)減少和對(duì)噪聲的敏感性降低，它們使用的空間更小，并且具有更好的電氣性能。數(shù)字電位器幾乎可以在所有應(yīng)用中取代機(jī)械類型，從而使設(shè)計(jì)人員和最終用戶能夠享受相關(guān)優(yōu)勢(shì)。

審核編輯：郭婷