摘要：數(shù)字電位器()可以在各種應(yīng)用中為模擬電路提供方便的電阻、電壓、電壓的數(shù)字控制和調(diào)節(jié)。 本應(yīng)用筆記介紹了數(shù)字電位器的基本功能，并說明了如何改進(jìn)數(shù)字電位器以提高系統(tǒng)性能，簡化設(shè)計，滿足特殊應(yīng)用的需要。
概述數(shù)字電位器，或者，方便模擬電路中電阻、電壓、電壓的數(shù)字控制和調(diào)整。 數(shù)字電位器一般用于光模塊的功率校準(zhǔn)、音量控制、亮度控制、增益調(diào)節(jié)、偏置/調(diào)制電壓調(diào)節(jié)等。 除了基本功能外，數(shù)字電位器還提供許多其他功能以提高系統(tǒng)性能和簡化設(shè)計。 這些功能包括：不同類型的非易失性存儲器、過零檢查、去抖動鍵盤插孔、溫度補償和寫保護(hù)。 此功能專為不同的應(yīng)用而設(shè)計。
基本數(shù)字電位計設(shè)計 電位計實際上是一種三端設(shè)備（見圖 1a）。 高側(cè) VL 在內(nèi)部連接到組件接地或作為引腳輸出，以便于設(shè)計。 三端數(shù)字電位器的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是一個端到端電阻固定的可調(diào)分壓器內(nèi)阻。
可變內(nèi)阻是一個雙端子電位器，在內(nèi)阻串的抽頭和端子處具有可變電阻（見圖1b）。 調(diào)整可變內(nèi)阻數(shù)字電位器的分接位置，可以改變數(shù)字電位器的端到端內(nèi)阻。
圖 1. (a) 三端數(shù)字電位器的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是一個端到端內(nèi)阻固定的可調(diào)分壓器內(nèi)阻。 (b) 可變內(nèi)阻為雙端數(shù)字電位器，抽頭內(nèi)接電位器的一端。
簡單地說，數(shù)字電位器是由數(shù)字輸入控制的模擬輸出，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)字電位器在沒有外部緩沖器的情況下無法驅(qū)動低阻抗負(fù)載。
對于數(shù)字電位器電阻箱怎樣設(shè)置輸出電阻，最大抽頭電壓范圍從幾安培到幾毫安。 當(dāng)數(shù)字電位器的游標(biāo)連接到低阻抗負(fù)載時，無論是可變內(nèi)阻還是真正的數(shù)字電位器，重要的是確保游標(biāo)電壓在最壞情況下的工作條件下處于可接受的范圍內(nèi)。 當(dāng) VW 接近 VH 時，可變內(nèi)阻負(fù)載最差。 此時，限壓電路中除了抽頭的內(nèi)阻外，可能沒有其他內(nèi)阻存在。 此外，某些應(yīng)用可能需要大抽頭電壓。 在這些情況下，有必要關(guān)注電位器抽頭的壓降。 該壓降限制了數(shù)字電位器的輸出動態(tài)范圍。
根據(jù)應(yīng)用需求改進(jìn)數(shù)字電位器的設(shè)計 數(shù)字電位器的應(yīng)用范圍非常廣泛，有些設(shè)計可能需要額外的元器件來滿足數(shù)字電位器“精密調(diào)整”的要求。 例如，數(shù)字電位器的端到端內(nèi)阻范圍為10kΩ和200kΩ，通常需要較小的阻值來控制LED發(fā)光。 解決這個問題的方法是在芯片上并聯(lián)一個105Ω的固定內(nèi)阻，可以提供70Ω到102Ω的等效電阻值。 在這些配置下，可以獲得 0.5Ω 的步進(jìn)調(diào)整以精確調(diào)整 LED 照明。 另一種解決方案是多通道數(shù)字電位器，例如或者，多個通道可以相互組合以獲得不同的調(diào)節(jié)電阻步長，以滿足數(shù)字電位器的幀率要求。
有些情況可能需要更特殊的數(shù)字電位器功能。 對于需要濕度補償?shù)碾娏骰螂妷赫{(diào)節(jié)，例如光學(xué)模塊的光驅(qū)動器偏置，可以選擇基于查找表的可變內(nèi)阻。 一些數(shù)字電位器集成（用于在溫度變化時存儲校正數(shù)據(jù)）和內(nèi)部空氣溫度傳感（用于檢測環(huán)境濕度）。 數(shù)字電位器根據(jù)檢測到的溫度在查找表中檢索對應(yīng)的值，調(diào)整可變內(nèi)阻。 基于溫度查找表的數(shù)字電位器一般用于校正電路器件的非線性溫度響應(yīng)，如激光三極管或光電晶閘管； 也可以根據(jù)應(yīng)用要求有意構(gòu)建非線性電阻的溫度響應(yīng)。
非易失性存儲器是數(shù)字電位器中引入的一種比較常見的低成本功能電路。 基于標(biāo)準(zhǔn)的非易失性 (NV) 數(shù)字電位器在上電復(fù)位 (POR) 期間進(jìn)入已知狀態(tài)。 為保證50000次重復(fù)寫入次數(shù)，與機械電位器相比，大大增強了系統(tǒng)的可靠性。 一次性可編程 (OTP) 數(shù)字電位器，例如 //，使用保險絲設(shè)置來永久保存默認(rèn)抽頭位置。 與基于 OTP 的數(shù)字電位器一樣，OTP 數(shù)字電位器在 POR 后被初始化為已知狀態(tài)。 但是OTP數(shù)字電位器的POR狀態(tài)一旦編程就不能重新繪制。 因此，OTP非常適合鞋廠編程或產(chǎn)品校準(zhǔn)。 保險絲永久設(shè)置 OTP 數(shù)字電位器的 POR 抽頭位置，而不鎖定抽頭位置。 一些OTP數(shù)字電位器有一個游標(biāo)，可以在熔絲編程后進(jìn)行調(diào)整； 其他有一個 OTP 數(shù)字電位器，其游標(biāo)位置是永久設(shè)置的，從而產(chǎn)生一個精確的、校準(zhǔn)的內(nèi)部電阻分壓器。 一些數(shù)字電位器提供鎖定寄存器或數(shù)字控制輸入，將數(shù)字電位器插孔置于高阻抗?fàn)顟B(tài)，以防止不正確的抽頭調(diào)整。 數(shù)字電位器的寫保護(hù)功能也提高了幀率。
數(shù)字電位器可用于完成電源或其他需要鞋廠校正的系統(tǒng)中的電流和電壓校正。 與機械電位器或離散內(nèi)阻等耗時且不精確的自動校準(zhǔn)相比，數(shù)字電位器可幫助制造商提高產(chǎn)量并提高校準(zhǔn)精度和可重復(fù)性指標(biāo)。 此外，數(shù)字控制電位器允許遠(yuǎn)程調(diào)試和重新校準(zhǔn)。 當(dāng)需要校正多個電流和/或電壓時，使用三路 NV 數(shù)字電位器是理想的選擇（圖 2）。 在這些情況下，小容量數(shù)字電位器可以代替三個機械電位器。 用數(shù)字電位器代替機械電位器也有助于提高電路布局的靈活性，因為數(shù)字電位器在安裝或維護(hù)期間不需要進(jìn)行機械調(diào)整。 是OTP或?qū)懕Ｗo(hù)功能的典型應(yīng)用，寫保護(hù)對設(shè)計更有利。
圖 2./ 三路非易失性數(shù)字電位器，非常適合需要校正多個電流/電壓的系統(tǒng)。 這種小型 IC 可以替代 3 個機械電位器。
除了數(shù)字電位器，帶有簡單單線數(shù)字控制插座的采樣/保持電流參考也可用于產(chǎn)品校準(zhǔn)（圖 3）。 緊湊的設(shè)計非常適合校準(zhǔn)。 在被控制信號鎖定之前，電流參考輸出取決于輸入電流。 輸出鎖定后，無論輸入電流如何，除非重新編程或斷電，否則輸出不會改變。 最新產(chǎn)品將鎖定的輸出電流儲存在電池中，電源上電后即可恢復(fù)。
圖 3. 非易失性采樣/保持電流基準(zhǔn)，即使不是數(shù)字電位器，也是產(chǎn)品校準(zhǔn)的理想選擇。 在校準(zhǔn)期間，輸出 (VOUT) 在被控制信號 (ADJ) 鎖定之前取決于輸入電流 (VIN)。
改進(jìn)的鍵盤插座補充了 SPI?、I2C、上/下和旋轉(zhuǎn)控制等傳統(tǒng)插座。 帶緩沖輸出的數(shù)字電位器使用這些插孔。 這些去抖動的鍵盤插孔根據(jù)按下按鈕的時間長短以不同的速率控制敲擊動作。 鍵盤插座不需要微控制器，增加了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度。 消除鍵盤插孔的擺動對于音量控制尤為重要。
專為音頻應(yīng)用設(shè)計的數(shù)字電位器通常提供過零測量電路，過零檢查可抑制游標(biāo)從一個位置轉(zhuǎn)換到另一個位置時的可聞噪聲。 啟用該功能后，過零測量電路會延遲分接動作，直到VL 接近VH。 許多過零測量電路還提供最大抽頭變化延遲、方便的直流調(diào)節(jié)和其他特定電路。
推論簡單的易失性數(shù)字電位器在系統(tǒng)設(shè)計中仍然實用，而為特殊應(yīng)用設(shè)計的數(shù)字電位器和可變內(nèi)阻提供了更多的功能。 如今，許多設(shè)計人員正在尋找替代機械電位器、提高整個工作溫度范圍內(nèi)的系統(tǒng)可靠性和性能、消除系統(tǒng)微處理器或抑制咔嗒聲/爆音的方法。 對于這種需求電阻箱怎樣設(shè)置輸出電阻，數(shù)字電位器充分說明了它的優(yōu)勢，數(shù)字電位器的應(yīng)用也越來越普遍。