數(shù)字電位器的基本概述和應(yīng)用分析

 數(shù)字電位器介紹

簡單的說，數(shù)字電位器由數(shù)字輸入控制，產(chǎn)生一個模擬量的輸出。這個定義類似于數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），所不同的是：DAC具有一個緩沖輸出，大多數(shù)數(shù)字電位器沒有輸出緩沖器，因而不能驅(qū)動低阻負(fù)載。依據(jù)數(shù)字電位器的不同，抽頭電流最大值可以從幾百微安到幾個毫安。因此，不論是普通電位器還是數(shù)字電位器，如果與低阻負(fù)載連接，都應(yīng)保證在最惡劣的條件下，抽頭電流不超出所允許的IWIPER 范圍。所謂“最惡劣的條件”發(fā)生在抽頭電壓VW接近于端電壓VH，而且線路中沒有足夠限流電阻的情況下。有些應(yīng)用中，抽頭流過較大的電流，這時應(yīng)該考慮電流流經(jīng)抽頭時產(chǎn)生的壓降，這個壓降會限制數(shù)字電位器的輸出動態(tài)范圍。

 數(shù)字電位器的應(yīng)用

數(shù)字電位器的應(yīng)用非常廣泛，某些特定情況下可能需要增加元件以配合電路調(diào)整。例如，數(shù)字電位器的端到端電阻一般為10～200K ，而調(diào)整LED亮度時通常需要非常低的阻值。針對這個問題，可以選用DS3906。當(dāng)DS3906外部并聯(lián)一個固定105 的電阻時，可以提供70～102 的等效電阻，這種結(jié)構(gòu)能夠按照0.5 的步進(jìn)值精確調(diào)節(jié)LED的亮度。

有些情況下還會需要特殊性能的數(shù)字電位器，例如對電壓或電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，光纖模塊中對激光驅(qū)動器偏置的調(diào)節(jié)就是一個典型范例（見圖1），溫度補(bǔ)償數(shù)字電位器MAX1858內(nèi)部帶有一個用EEPROM保存的查找表，校準(zhǔn)值在查找表內(nèi)按溫度順序排列。數(shù)字電位器內(nèi)部的溫度傳感器對溫度進(jìn)行檢測，然后根據(jù)檢測的溫度值從查找表里得到對應(yīng)的校準(zhǔn)電阻。


 非易失性是數(shù)字電位器常見的一個附加功能。基于EEPROM 的非易失數(shù)字電位器在上電復(fù)位時可以保持在某個已知狀態(tài)?，F(xiàn)有的EEPROM 技術(shù)可以很容易保證50000次的擦寫次數(shù)，相對于機(jī)械式電位器，非易失數(shù)字電位器的可靠性更高。一次性編程（OTP）數(shù)字電位器（如MAX5427-MAX5429），可以在編程后永久保存缺省的抽頭位置。與基于EEPROM的數(shù)字電位器一樣，上電復(fù)位后，OTP數(shù)字電位器初始化到已知狀態(tài)。但是一經(jīng)編程，OTP數(shù)字電位器的上電復(fù)位狀態(tài)不能夠再更改。

數(shù)字電位器可以協(xié)助自動完成電源系統(tǒng)中電壓或電流的校準(zhǔn)，或用于其他需要工廠校準(zhǔn)的系統(tǒng)中。手工調(diào)節(jié)的機(jī)械電位器相對耗時較大，而且存在很大的人為誤差。而數(shù)字電位器的電調(diào)節(jié)方式則可以簡化生產(chǎn)流程，提高校準(zhǔn)精度和可重復(fù)性。另外，數(shù)字電位器的數(shù)控方式便于實現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試和校準(zhǔn)，當(dāng)系統(tǒng)需要對多個電壓或電流進(jìn)行校準(zhǔn)時，可選用DS3904/DS3905非易失數(shù)字電位器（見圖 2）， 利用一個小尺寸IC可以替代3個機(jī)械電位器。數(shù)字電位器也增加了電路板布線的靈活性，因為裝配和維護(hù)都不需要工程人員直接接觸器件。OTP或者EEPROM寫保護(hù)特性在系統(tǒng)校準(zhǔn)等典型應(yīng)用中非常實用。

DS4303不完全是一個數(shù)字電位器，它是一個基于采樣保持的電壓基準(zhǔn)，具有簡單的單引腳數(shù)字控制接口和緊湊的空間，也可以在生產(chǎn)線上完成類似的校正功能（見圖3）。校準(zhǔn)時，DS4303輸出電壓跟蹤加在輸入端的電壓，直到由控制輸入鎖定。鎖定之后不管輸入電壓如何變化，輸出鎖定都不會變化，直到重新編程或斷開電源。斷電后，最近一次鎖定的電壓值保存在EEPROM 中，每次上電時，輸出電壓回到設(shè)定值。

 數(shù)字電位器的一種新型接口是按鍵接口，進(jìn)一步補(bǔ)充了傳統(tǒng)的串行接口（SPI、I2C、增/減控制等）。MAX5457就利用了這樣的按鍵接口，去抖動按鍵接口可以根據(jù)按鍵持續(xù)時間，形成不同的調(diào)整量，用來調(diào)整中心抽頭的位置。按鍵接口不需要微處理器，因此可以降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。去抖動按鍵接口尤其適用于音量控制。

針對音頻應(yīng)用的數(shù)字電位器經(jīng)常有過零檢測電路。過零檢測電路可以減少當(dāng)中心抽頭由一個位置調(diào)整到另一個位置時產(chǎn)生的聽得見的“咔嗒”聲。 工作時，在VL 大致接近 VH之前，過零檢測延遲中心抽頭的變動。許多過零檢測電路也可以有一個最大抽頭變動延遲時間以保證DC的應(yīng)用和其他特殊應(yīng)用要求。

小結(jié)

許多系統(tǒng)設(shè)計中仍然采用簡單的易失性數(shù)字電位器， 而針對特定應(yīng)用的數(shù)字電位器和數(shù)字可變電阻提供了更多的功能。無論是代替機(jī)械電位器， 提高系統(tǒng)的可靠性或者提供寬溫度范圍的性能，消除系統(tǒng)微控制器，還是減少可以聽得見的“咔嗒”聲，數(shù)字電位器都可以體現(xiàn)它的應(yīng)用價值。

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