數(shù)字電位計(jì)（數(shù)字電位器）有助于對(duì)模擬電路中的電阻、電壓和電流進(jìn)行數(shù)字控制和調(diào)整，適用于各種應(yīng)用。本應(yīng)用筆記介紹了數(shù)字電位器的基本功能。本文還介紹了如何修改數(shù)字電位器并添加功能，以提高系統(tǒng)性能、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并滿足特定應(yīng)用的要求。

介紹

數(shù)字電位計(jì)或數(shù)字電位器有助于對(duì)模擬電路中的電阻、電壓和電流進(jìn)行數(shù)字控制和調(diào)整。常見(jiàn)的數(shù)字電位器應(yīng)用包括電源校準(zhǔn)、音頻音量控制、亮度控制、增益調(diào)整以及光學(xué)模塊中的偏置和調(diào)制電流控制。除了基本的數(shù)字電位器規(guī)格外，還有許多功能可以提高系統(tǒng)性能并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。這些特性包括各種類型的非易失性、過(guò)零檢測(cè)、去抖動(dòng)按鈕接口、溫度補(bǔ)償和寫保護(hù)。這些功能的相關(guān)性因應(yīng)用程序而異。

基本數(shù)碼寶貝設(shè)計(jì)

真正的電位計(jì)是一個(gè)三端器件（見(jiàn)圖1a）。低端子，VL，要么在內(nèi)部連接到器件接地，要么通過(guò)引腳引出以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性。這種三端數(shù)字電位器配置本質(zhì)上是一個(gè)具有固定端到端電阻的可調(diào)電阻分壓器。

可變電阻器是雙端子數(shù)字電位器變體，提供游標(biāo)和電阻串的一端（參見(jiàn)圖1b）。在可變電阻數(shù)字電位器配置中調(diào)整游標(biāo)的位置可有效修改數(shù)字電位器的端到端電阻。

圖1.（a） 三端數(shù)字電位器配置本質(zhì)上是一個(gè)具有固定端到端電阻的可調(diào)電阻分壓器。（b） 可變電阻器是雙端子數(shù)字電位器變體，游標(biāo)內(nèi)部連接到電位計(jì)的一側(cè)。

簡(jiǎn)而言之，數(shù)字電位器是由數(shù)字輸入控制的模擬輸出。此描述類似于數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 的定義。與提供緩沖輸出的DAC不同，大多數(shù)數(shù)字電位器并非用于在沒(méi)有外部緩沖器的情況下驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載。

根據(jù)數(shù)字電位器的不同，最大游標(biāo)電流范圍從數(shù)百微安到毫安不等。將數(shù)字電位游標(biāo)連接到低阻抗時(shí)，無(wú)論使用可變電阻還是真正的數(shù)字電位器，始終確保游標(biāo)電流保持在允許的I雨刮器在最壞情況下的范圍?？勺冸娮璧淖顗那闆r游標(biāo)負(fù)載發(fā)生在 VW方法五H.此時(shí)，除了游標(biāo)電阻外，電路中可能幾乎沒(méi)有電阻來(lái)限制電流。然而，在某些應(yīng)用中，游標(biāo)電流本身就很大。在這些條件下，絕對(duì)應(yīng)考慮游標(biāo)兩端的壓降，因?yàn)檫@種壓降限制了數(shù)字電位器輸出的動(dòng)態(tài)范圍。

針對(duì)應(yīng)用需求的修改

采用數(shù)字電位器的電路差異很大。在某些設(shè)計(jì)中，可能需要通過(guò)添加外部組件來(lái)“微調(diào)”特定應(yīng)用的 digipot。例如，數(shù)字電位器的常見(jiàn)端到端電阻值范圍在10kΩ和200kΩ之間。然而，在控制LED瓷磚亮度時(shí)，通常需要低得多的電阻。DS3906可以解決這一問(wèn)題，當(dāng)與固定的105Ω電阻并聯(lián)時(shí)，它提供70Ω至102Ω的有效電阻。此配置中的 0.5Ω 步長(zhǎng)允許精確調(diào)節(jié) LED 亮度。另一種方案是使用多通道數(shù)字電位器，如MAX5477或MAX5487，它們組合通道以改變電阻步長(zhǎng)，同時(shí)保持?jǐn)?shù)字電位器分辨率。

在其他情況下，可能需要具有更專業(yè)功能的數(shù)碼罐。需要溫度補(bǔ)償電壓或電流的應(yīng)用，例如光學(xué)模塊中的激光驅(qū)動(dòng)器偏置，受益于基于查找表的可變電阻器。一些數(shù)字電位器集成了一個(gè)EEPROM，以溫度增量存儲(chǔ)熱校準(zhǔn)查找數(shù)據(jù);內(nèi)部溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度。然后，數(shù)字電位器使用查找表中與測(cè)量溫度相對(duì)應(yīng)的修改器來(lái)調(diào)整可變電阻。基于熱查找表的數(shù)字電位器通?？梢孕Ｕ娐吩ㄈ缂す馄骰?a target="_blank">光電二極管）的非線性溫度響應(yīng)，也可以故意創(chuàng)建特定于應(yīng)用的精確非線性電阻溫度響應(yīng)。

非易失性是數(shù)字電位器常見(jiàn)且廉價(jià)的附加功能。基于EEPROM的標(biāo)準(zhǔn)非易失性（NV）數(shù)字電位器在上電復(fù)位（POR）期間上電進(jìn)入已知狀態(tài)。EEPROM技術(shù)可輕松保證50，000次寫入周期，與機(jī)械電位計(jì)相比，這是一個(gè)重大的可靠性升級(jí)。一次性可編程（OTP）數(shù)字電位器，如MAX5427/MAX5428/MAX5429，利用保險(xiǎn)絲編程永久存儲(chǔ)默認(rèn)游標(biāo)位置。與基于 EEPROM 的數(shù)字電位器一樣，在 POR 之后，OTP 數(shù)字電位器初始化為已知狀態(tài)。但是，OTP 數(shù)字電位器的 POR 狀態(tài)一旦編程就無(wú)法重寫。因此，OTP非常適合工廠或生產(chǎn)校準(zhǔn)。雖然熔斷器編程會(huì)永久設(shè)置 OTP 數(shù)字電位器的 POR 游標(biāo)位置，但熔斷器編程不一定鎖定游標(biāo)位置。許多OTP數(shù)字電位器的雨刷在保險(xiǎn)絲編程后完全可調(diào)。然而，在其他OTP數(shù)字電位器中，游標(biāo)位置是永久設(shè)置的，從而產(chǎn)生一個(gè)精確的、經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的電阻分壓器。一些數(shù)字電位器提供鎖定寄存器或數(shù)字控制輸入，對(duì)數(shù)字電位器接口進(jìn)行三態(tài)處理，防止意外調(diào)整游標(biāo)。禁用EEPROM數(shù)字電位器中的寫入功能還可以降低功耗。

數(shù)字電位器可以幫助電源或其他需要工廠校準(zhǔn)的系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行電壓和電流校準(zhǔn)。與使用機(jī)械電位計(jì)或分立電阻器進(jìn)行更耗時(shí)和不精確的手動(dòng)校準(zhǔn)相比，數(shù)字電位器可提高制造吞吐量并改善校準(zhǔn)精度和可重復(fù)性。此外，電位計(jì)的數(shù)字控制有助于在需要時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試和重新校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)多個(gè)電壓和/或電流的系統(tǒng)中，DS3904/DS3905三路NV數(shù)字電位器等數(shù)字電位器是理想的選擇（圖2）。在這種情況下，一個(gè)小數(shù)字電位器最多可以取代三個(gè)機(jī)械電位器。當(dāng)數(shù)字電位器取代機(jī)械電位器時(shí)，布局靈活性也會(huì)增加，因?yàn)樵诮M裝或返工期間，技術(shù)人員不需要隨時(shí)使用數(shù)字電位器進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)是需要OTP或EEPROM寫保護(hù)的應(yīng)用的一個(gè)典型示例，EEPROM寫保護(hù)也很有用。

圖2.DS3904/DS3905三通道非易失性數(shù)字電位器非常適合校準(zhǔn)多個(gè)電壓和/或電流的系統(tǒng)。這個(gè)小型IC可替代多達(dá)三個(gè)機(jī)械電位計(jì)。

雖然不是數(shù)字電位器，但具有簡(jiǎn)單單引腳數(shù)字控制接口的采樣保持電壓基準(zhǔn)（如DS4303）也可以協(xié)助進(jìn)行生產(chǎn)校準(zhǔn)（圖3）。設(shè)計(jì)在更緊湊的空間中，這在校準(zhǔn)期間特別有益，基準(zhǔn)電壓源的輸出對(duì)施加的輸入電壓進(jìn)行采樣，直到被控制輸入鎖定。輸出鎖定后，無(wú)論輸入端施加的電壓如何，在重新編程或斷電之前，輸出都不會(huì)改變。最近鎖存的輸出電壓存儲(chǔ)在EEPROM中，并在電源循環(huán)后恢復(fù)。

圖3.非易失性采樣保持電壓基準(zhǔn)DS4303雖然不是數(shù)字電位器，但可用于生產(chǎn)校準(zhǔn)應(yīng)用。校準(zhǔn)時(shí)，DS4303的輸出（V外） 對(duì)施加的輸入電壓 （V ） 進(jìn)行采樣在），直到被控制輸入 （ADJ） 鎖定。

不斷發(fā)展的按鈕接口補(bǔ)充了傳統(tǒng)的串行接口產(chǎn)品，如SPI?、I2C、遞增/遞減和旋轉(zhuǎn)控制。MAX5486數(shù)字電位器采用一個(gè)這樣的接口，帶有緩沖游標(biāo)輸出。這種去抖動(dòng)按鈕界面以不同的速率推進(jìn)雨刮器，具體取決于按下按鈕的持續(xù)時(shí)間。按鈕接口不需要微控制器，因此降低了系統(tǒng)復(fù)雜性。去抖動(dòng)按鈕接口對(duì)于音頻音量調(diào)節(jié)特別有用。

針對(duì)音頻應(yīng)用的數(shù)碼電位器通常具有過(guò)零檢測(cè)電路。過(guò)零檢測(cè)可減少雨刮器從一個(gè)設(shè)置轉(zhuǎn)換到另一個(gè)設(shè)置時(shí)可能產(chǎn)生的咔嗒聲和爆裂聲。激活時(shí)，過(guò)零檢測(cè)延遲游標(biāo)轉(zhuǎn)換，直到VL近似等于 VH.許多過(guò)零檢測(cè)電路還具有最大游標(biāo)轉(zhuǎn)換延遲，以方便直流應(yīng)用和其他專用電路。

總結(jié)

簡(jiǎn)單的易失性數(shù)字電位器在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中仍然很有用，但針對(duì)特定應(yīng)用和可變電阻器優(yōu)化的數(shù)字電位器提供了額外的功能。如今，許多設(shè)計(jì)人員都希望更換機(jī)械電位計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性或溫度性能，消除對(duì)系統(tǒng)微處理器的需求，或減少可聽(tīng)見(jiàn)的咔嗒聲和爆裂聲。無(wú)論需要什么，數(shù)字罐都會(huì)增加價(jià)值?，F(xiàn)在還有一個(gè)適用于大多數(shù)應(yīng)用的數(shù)碼罐。

審核編輯：郭婷