數(shù)字電位器取代機械電位器

數(shù)字可調電位器，也稱為數(shù)字電位計或digpots，正在取代所有電子系統(tǒng)中的老式機械版本，而不僅僅是在更知名的音頻應用中。數(shù)字電位器是數(shù)模轉換器（DAC）的更簡單、更便宜的版本，以可變電阻的形式產生模擬輸出。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。數(shù)字電位器對灰塵、污垢和濕氣不敏感，如果它們侵入，可能會殺死機械部件。

介紹

數(shù)字電位計比機械電位計可靠得多。數(shù)字電位器可以輕松保證 50，000 次寫入周期，而機械部件的寫入周期僅為幾千次，有時甚至只有幾百次。數(shù)字電位器分辨率范圍從 32 步（5 位）到 256 步（8 位）等。對于LCD顯示器對比度和其他動態(tài)范圍不重要的應用，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用中實現(xiàn)高達90dB的典型動態(tài)范圍。

非易失性

對于某些應用，數(shù)字電位器需要非易失性存儲器功能。這兩種器件類型（易失性和非易失性存儲器）在市場上都已得到很好的應用。非易失性數(shù)字電位器與其機械電位器最相似，因為它保留電阻值，而與外部條件（例如是否存在電源電壓）無關。

具有非易失性存儲器的數(shù)字電位器廣泛用于音頻設備，因為即使電源完全關閉，內部存儲值也能保證上電后始終相同的電阻設置。

MAX5427/MAX5428/MAX5429系列數(shù)字電位器具有獨特的編程功能。每個器件都具有一次性可編程 （OTP） 功能，可將游標的上電復位 （POR） 位置設置為用戶定義的值。（游標位置保持可調，但在上電時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永久鎖定在所需位置，從而防止進一步調整。因此，該器件成為固定電阻分壓器，而不是電位計。

音頻注意事項

電子電位器提供對數(shù)和線性函數(shù)。對數(shù)電位計通常用于調節(jié)高保真音頻中的音量，因為對數(shù)電位器的每一步都會為非線性人耳產生音量的線性變化。當今高度集成的數(shù)字電位器在單個芯片中提供多達六個獨立的電位計。因此，這些電位器還支持許多需要多個聲道的音頻應用，例如立體聲和杜比環(huán)繞聲系統(tǒng)。

對于音頻，特別是對于低衰減（32級）數(shù)字電位器，必須特別注意步進游標轉換。如果游標未在0V時準確切換，則音頻中可能包含惱人的咔嗒聲和爆裂聲（圖1）。幸運的是，某些新一代數(shù)字電位器具有一種稱為過零檢測的功能，可減少游標轉換期間產生的可聞噪聲。內部過零和超時電路可確保游標僅在檢測到過零 （0V） 或 50ms 延遲（以先到者為準）后改變位置。

圖1.在 0V 電平切換對可聽見咔嗒聲和爆裂聲的影響。

除了上述模擬域考慮因素外，每個數(shù)字電位器都有一個數(shù)字接口。大多數(shù)可通過傳統(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

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

傳統(tǒng)的數(shù)字電位計不需要大量的解釋，因為它們直接替代傳統(tǒng)的機械電位器，并以類似的方式工作。盡管如此，特定于應用程序的設備，例如為低成本立體聲音量控制而設計的設備，值得一些評論。針對特定應用的音頻設備通常在寬電壓范圍內工作，以適應各種音頻信號。它們通常是對數(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。有時，該器件包括靜音功能，該功能會進一步衰減大量信號（例如，30dB）。

溫度問題

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

ΔR = R取消計算× TC × ΔT/106

其中：
R取消計算是未補償電阻值，TC是溫度系數(shù)，

ΔT是溫度變化。

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

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

高分辨率應用

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

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

結論

與機械電位計相比，數(shù)字電位計具有許多顯著優(yōu)勢。除了提高可靠性外，由于寄生效應減少和對噪聲的敏感性降低，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用中取代機械類型，從而使設計人員和最終用戶能夠享受相關優(yōu)勢。

審核編輯：郭婷