另外，本文還將探究數字電位計與傳統電位計相比的設計優缺點。在本文中，還使用了許多實例來證明：shuzidianweijisuonengtigongdegaishanbigengchuantongdetidaijiejuefanganhaiyaoxianzhu。liru，zaiyunsuanfangdaqizhong，yongshuzidianweijizuoweifankuidianzu，keyishiyunsuanfangdaqidezengyigenjushuruxinhaodefuduerjiaoti。

 

數字電位計是數控可變電阻器，可取代功能等同的機械電阻器。盡管數字電位計在功能上與機械電位計類似，但在技術規格、可靠性以及可重複性等方麵極為出眾，適用於許多設計。電位計的作用是通過改變設備電阻來調整電壓或電流。然後，當與其他元件(如運算放大器)配合使用時
，此調整可用於設置不同的電平 或(huo)增(zeng)益(yi)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)使(shi)用(yong)數(shu)字(zi)電(dian)位(wei)計(ji)這(zhe)樣(yang)的(de)可(ke)變(bian)元(yuan)件(jian)可(ke)設(she)計(ji)出(chu)靈(ling)活(huo)的(de)多(duo)功(gong)能(neng)係(xi)統(tong)。例(li)如(ru)
，在(zai)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)中(zhong)，用(yong)數(shu)字(zi)電(dian)位(wei)計(ji)作(zuo)為(wei)反(fan)饋(kui)電(dian)阻(zu)，可(ke)以(yi)使(shi)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)增(zeng)益(yi)根(gen)據(ju)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)的(de)幅(fu)度(du)而(er)交(jiao)替(ti)。這(zhe)樣(yang)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)就(jiu)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)元(yuan)件(jian)數(shu)量(liang)(如多個運算放大器)，最大限度增加係統可支持的輸入信號類型，同時減小PCB尺寸。數字電位計具有小尺寸和多功能特性。

 

 

shuzidianweijihejixiedianweijijuyouyixiegongtongdian，zaixuduoyingyongzhongkeyihuhuan。liangzhedoushiketiaode
，tigonggezhongduandaoduandianzuxuanxiang，kemanzuduiyonghuketiaodianzudexuqiu。jixiedianweijixiangduiyushuzidianweijideyixieyoushibaokuo：可耐受更高電壓
，載流能力更強，功耗也較大。然而，受設計製約，隨著時間的推移

，機械電位計的性能可能改變
，出現可 靠性問題。它們對衝擊和振動更加敏感
，機械遊標觸點電阻可能因氧化
、老化和磨損而改變。這會縮短機械電位計的可用壽命。數字電位計由多個CMOS傳輸門組成(見圖1)。由於不存在機械元件，因此，數字電位計對衝擊
、磨損、老化和觸點具有較高的耐受能力。

 

圖1. 數字電位計—內部結構

 

 

如所有元件一樣，在針對具體應用選擇正確的元件時

，有些因素是必須考慮的。各項規格的重要性排序取決於最終用途和其他係 統考慮因素。

 

表1. 選擇數字電位計時的重要考慮因素

 

了(le)解(jie)這(zhe)些(xie)考(kao)慮(lv)因(yin)素(su)的(de)最(zui)佳(jia)方(fang)法(fa)是(shi)查(zha)看(kan)它(ta)們(men)如(ru)何(he)影(ying)響(xiang)特(te)定(ding)應(ying)用(yong)中(zhong)數(shu)字(zi)電(dian)位(wei)計(ji)的(de)選(xuan)擇(ze)。因(yin)此(ci)，我(wo)們(men)現(xian)在(zai)將(jiang)更(geng)詳(xiang)細(xi)地(di)查(zha)看(kan)數(shu)字(zi)電(dian)位(wei)計(ji)的(de)兩(liang)個(ge)重(zhong)要(yao)用(yong)例(li)。

 

數字電位計的常見應用如下：

 

 

 

A數字電位計可用於仿真簡單的低分辨率數模轉換器(DAC)。圖2顯示了此設置以及部分常見術語。端到端電阻被定義為RAB，即A、B兩端子間的電阻。指的是遊標和端子之間的電阻。圖2還列出了傳遞函數。

 

圖2. 作為低分辨率DAC的數字電位計

 

在此設置中，選擇數字電位計時需要注意三個關鍵參數：電源電壓範圍、數字電位計分辨率和線性度。

 

電源電壓¹和分辨率²shifeichangzhongyaodekaolvyinsu，yinweizheliangxiangguigeshejishuzidianweijikeyitongguodeshurufanweiyijikeyishixiandebutongdianzushuipingshuliang。shuzidianweijidexianxingdubiaoshifangshiyuDAC相似，即使用INL (積分非線性)和DNL (數字非線性)來衡量。INL指真實數字電位計與從零電 平到滿量程所畫理想直線之間的最大偏差。DNL指連續代碼的輸出與理想傳遞函數之差。

 

對於交流應用，與直流電源相同的參數同樣適用(電源電壓範圍
、分辨率和線性度)。總諧波失真(THD)和帶寬這兩個重要因素也應予以考慮。

 

 

數字電位計在改變運算放大器的增益時非常有用。運用數字電位計
，可以精確設置和改變Rb/Ra增益比。利用增益控製的應用包括音量控製、傳感器校準和液晶顯示屏中的對比度/亮度。然而，在配置過程中必須考慮數字電位計的多個特性。

 

如果在電位計模式下使用數字電位計，則在電阻從零電平增至滿量程的過程中

，必須知道數字電位計的傳遞函數。隨著間的電阻增加，間的電阻降低，這會形成對數傳遞函數。對數傳遞函數更適用於人耳和人眼響應。(圖3(a))

 

如果應用要求線性響應
，可通過以下方式線性化數字電位計：在變阻器模式下使用數字電位計(圖3(b))；采用遊標DAC配置(圖3(c))；或通過線性增益設置模式，該功能為ADI digiPOT+係列器件(如AD5144)的獨有功能(圖3(d))。

 

圖3. 電位計配置

 

 

在變阻器模式下使用數字電位計，並將其與分立式電阻串聯，可以線性化輸出(圖3(b))。這種設計雖然簡單，但要維持係統精度
，必須考慮一些設計因素。

 

出(chu)於(yu)不(bu)同(tong)原(yuan)因(yin)，機(ji)械(xie)電(dian)位(wei)計(ji)和(he)數(shu)字(zi)電(dian)位(wei)計(ji)都(dou)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的(de)電(dian)阻(zu)容(rong)差(cha)。對(dui)於(yu)機(ji)械(xie)電(dian)位(wei)計(ji)，容(rong)差(cha)可(ke)能(neng)因(yin)實(shi)現(xian)可(ke)重(zhong)複(fu)值(zhi)的(de)難(nan)度(du)而(er)變(bian)化(hua)。對(dui)於(yu)數(shu)字(zi)電(dian)位(wei)計(ji)，雖(sui)然(ran)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)也(ye)會(hui)造(zao)成(cheng)容(rong)差(cha)，但(dan)與(yu)機(ji)械(xie)電(dian)位(wei)計(ji)相(xiang)比(bi)
，其(qi)值(zhi)的(de)可(ke)重(zhong)複(fu)性(xing)高(gao)得(de)多(duo)。

 

分立式表貼電阻器的失調可能低至1%，而有些數字電位計的端到端電阻容差則可能高達20%。zhezhongbupipeikenengdaozhifenbianlvxiajiang，jieguokenengzaochengyanzhongwenti，zaiwufashishijiankongyibuchangwuchadekaihuanyingyongzhongyouqiruci。zaikeyishishijiankongdeyingyongzhong
，yinshuzidianweijibenshenjiqilinghuo，yinerkeyitongguojiandandexiaozhunchengxulaitiaozhengshuzidianweijideyoubiaoweizhi
，bingzhenduirenheshitiaojinxingtiaozheng。

 

ADI公司的數字電位計產品組合的額定容差範圍為1%至20%，以滿足最為嚴苛的精度和準確度需求。某些數字電位計(如AD5258/AD5259)經過誤差容差出廠測試，並將結果存儲在用戶可訪問的存儲器中，以便在生產時實現電阻匹配。

 

 

最後一種方法是使用ADI digiPOT+產品組合獨有的線性增益設置模式。圖3(d)展示了如何通過專有架構對各個串的值進行獨立編程。運用此模式可通過固定一個串的輸出和設置另一個串的方式來實現線性輸出。這種方式類似於將變阻器模式下 的數字電位計與分立式電阻結合使用
，但整體容差誤差低於1%，並且無需任何額外的並聯或串聯電阻。

 

這是電阻誤差所致
，在兩個電阻串陣列中都很常見，可以忽略不計。圖4表明，兩個電阻之間的失配誤差在較高代碼下很小。當代碼小於¼量程時，失配的確會超過±1%，但是
，造成這種情況的原因是內部CMOS開關電阻效應增加了誤差，此誤差不能忽略。

 

圖4. 10k電阻失配誤差

 

存儲器在應用中為何如此重要

 

zailiyongshuzidianweijishezhidianludianping
，huozhexiaozhunchuanganqihezengyishezhishi，shuzidianweijideshangdianzhuangtaiduiyuquebaozhunqueerkuaisudepeizhifeichangzhongyao。shuzidianweijitigongduozhongxuanxiang，yiquebaoqijiannengyiyonghushouxuanzhuangtaishangdian。shuzidianweijiyoulianglei：

 

 

非易失性數字電位計還有一些其他選項：

 

 

廣(guang)泛(fan)的(de)存(cun)儲(chu)器(qi)選(xuan)項(xiang)允(yun)許(xu)針(zhen)對(dui)特(te)定(ding)係(xi)統(tong)定(ding)製(zhi)數(shu)字(zi)電(dian)位(wei)計(ji)選(xuan)擇(ze)。例(li)如(ru)，對(dui)於(yu)要(yao)求(qiu)恒(heng)定(ding)調(tiao)整(zheng)的(de)係(xi)統(tong)
，可(ke)使(shi)用(yong)易(yi)失(shi)性(xing)數(shu)字(zi)電(dian)位(wei)計(ji)。對(dui)於(yu)隻(zhi)要(yao)求(qiu)工(gong)廠(chang)測(ce)試(shi)校(xiao)準(zhun)的(de)係(xi)統(tong)
，則(ze)可(ke)使(shi)用(yong)OTP電位計。EEPROM數字電位計可用於保持上次遊標位置，這樣，上電時，數字電位計可返回上次狀態，並且可在上電後繼續根據需要進行調整。

 

 

如上文所示，數字電位計可替代機械電位計來創建易用的可調節信號鏈

，從而改善規格、可靠性和PCB麵積。設計時考慮上述因素即可實現這些改善以及減少係統設計考慮因素。

 

 

¹ 通過數字電位計端子發送的信號僅限於最大和最小電源電壓。如果信號超過電源電壓，內部ESD保護二極管會將信號箝位。對於交流信號
，則可偏置信號
，以維持單電源範圍，或者考慮使用雙電源數字電位計。

 

² 就如DAC一樣

，分辨率指的是遊標位置的數量。常見數為128
、256個，最高可達1024個。

 

本文轉載自亞德諾半導體。