摘要：數字電位器()可以在各種應用中為模擬電路提供方便的電阻、電壓、電壓的數字控制和調節。 本應用筆記介紹了數字電位器的基本功能，并說明了如何改進數字電位器以提高系統性能，簡化設計，滿足特殊應用的需要。
概述數字電位器，或者，方便模擬電路中電阻、電壓、電壓的數字控制和調整。 數字電位器一般用于光模塊的功率校準、音量控制、亮度控制、增益調節、偏置/調制電壓調節等。 除了基本功能外，數字電位器還提供許多其他功能以提高系統性能和簡化設計。 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。 此功能專為不同的應用而設計。
基本數字電位計設計 電位計實際上是一種三端設備（見圖 1a）。 高側 VL 在內部連接到組件接地或作為引腳輸出，以便于設計。 三端數字電位器的結構本質上是一個端到端電阻固定的可調分壓器內阻。
可變內阻是一個雙端子電位器，在內阻串的抽頭和端子處具有可變電阻（見圖1b）。 調整可變內阻數字電位器的分接位置，可以改變數字電位器的端到端內阻。
圖 1. (a) 三端數字電位器的結構本質上是一個端到端內阻固定的可調分壓器內阻。 (b) 可變內阻為雙端數字電位器，抽頭內接電位器的一端。
簡單地說，數字電位器是由數字輸入控制的模擬輸出，類似于數模轉換器（DAC）的定義。 與提供緩沖輸出的 DAC 不同，大多數數字電位器在沒有外部緩沖器的情況下無法驅動低阻抗負載。
對于數字電位器電阻箱怎樣設置輸出電阻，最大抽頭電壓范圍從幾安培到幾毫安。 當數字電位器的游標連接到低阻抗負載時，無論是可變內阻還是真正的數字電位器，重要的是確保游標電壓在最壞情況下的工作條件下處于可接受的范圍內。 當 VW 接近 VH 時，可變內阻負載最差。 此時，限壓電路中除了抽頭的內阻外，可能沒有其他內阻存在。 此外，某些應用可能需要大抽頭電壓。 在這些情況下，有必要關注電位器抽頭的壓降。 該壓降限制了數字電位器的輸出動態范圍。
根據應用需求改進數字電位器的設計 數字電位器的應用范圍非常廣泛，有些設計可能需要額外的元器件來滿足數字電位器“精密調整”的要求。 例如，數字電位器的端到端內阻范圍為10kΩ和200kΩ，通常需要較小的阻值來控制LED發光。 解決這個問題的方法是在芯片上并聯一個105Ω的固定內阻，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 的步進調整以精確調整 LED 照明。 另一種解決方案是多通道數字電位器，例如或者，多個通道可以相互組合以獲得不同的調節電阻步長，以滿足數字電位器的幀率要求。
有些情況可能需要更特殊的數字電位器功能。 對于需要濕度補償的電流或電壓調節，例如光學模塊的光驅動器偏置，可以選擇基于查找表的可變內阻。 一些數字電位器集成（用于在溫度變化時存儲校正數據）和內部空氣溫度傳感（用于檢測環境濕度）。 數字電位器根據檢測到的溫度在查找表中檢索對應的值，調整可變內阻。 基于溫度查找表的數字電位器一般用于校正電路器件的非線性溫度響應，如激光三極管或光電晶閘管； 也可以根據應用要求有意構建非線性電阻的溫度響應。
非易失性存儲器是數字電位器中引入的一種比較常見的低成本功能電路。 基于標準的非易失性 (NV) 數字電位器在上電復位 (POR) 期間進入已知狀態。 為保證50000次重復寫入次數，與機械電位器相比，大大增強了系統的可靠性。 一次性可編程 (OTP) 數字電位器，例如 //，使用保險絲設置來永久保存默認抽頭位置。 與基于 OTP 的數字電位器一樣，OTP 數字電位器在 POR 后被初始化為已知狀態。 但是OTP數字電位器的POR狀態一旦編程就不能重新繪制。 因此，OTP非常適合鞋廠編程或產品校準。 保險絲永久設置 OTP 數字電位器的 POR 抽頭位置，而不鎖定抽頭位置。 一些OTP數字電位器有一個游標，可以在熔絲編程后進行調整； 其他有一個 OTP 數字電位器，其游標位置是永久設置的，從而產生一個精確的、校準的內部電阻分壓器。 一些數字電位器提供鎖定寄存器或數字控制輸入，將數字電位器插孔置于高阻抗狀態，以防止不正確的抽頭調整。 數字電位器的寫保護功能也提高了幀率。
數字電位器可用于完成電源或其他需要鞋廠校正的系統中的電流和電壓校正。 與機械電位器或離散內阻等耗時且不精確的自動校準相比，數字電位器可幫助制造商提高產量并提高校準精度和可重復性指標。 此外，數字控制電位器允許遠程調試和重新校準。 當需要校正多個電流和/或電壓時，使用三路 NV 數字電位器是理想的選擇（圖 2）。 在這些情況下，小容量數字電位器可以代替三個機械電位器。 用數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，因為數字電位器在安裝或維護期間不需要進行機械調整。 是OTP或寫保護功能的典型應用，寫保護對設計更有利。
圖 2./ 三路非易失性數字電位器，非常適合需要校正多個電流/電壓的系統。 這種小型 IC 可以替代 3 個機械電位器。
除了數字電位器，帶有簡單單線數字控制插座的采樣/保持電流參考也可用于產品校準（圖 3）。 緊湊的設計非常適合校準。 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。 最新產品將鎖定的輸出電流儲存在電池中，電源上電后即可恢復。
圖 3. 非易失性采樣/保持電流基準，即使不是數字電位器，也是產品校準的理想選擇。 在校準期間，輸出 (VOUT) 在被控制信號 (ADJ) 鎖定之前取決于輸入電流 (VIN)。
改進的鍵盤插座補充了 SPI?、I2C、上/下和旋轉控制等傳統插座。 帶緩沖輸出的數字電位器使用這些插孔。 這些去抖動的鍵盤插孔根據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，增加了系統設計的復雜度。 消除鍵盤插孔的擺動對于音量控制尤為重要。
專為音頻應用設計的數字電位器通常提供過零測量電路，過零檢查可抑制游標從一個位置轉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、方便的直流調節和其他特定電路。
推論簡單的易失性數字電位器在系統設計中仍然實用，而為特殊應用設計的數字電位器和可變內阻提供了更多的功能。 如今，許多設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的系統可靠性和性能、消除系統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置輸出電阻，數字電位器充分說明了它的優勢，數字電位器的應用也越來越普遍。
