数字电位器说明

数字电位器?数字电位器(DigitalPotentiometer)亦称数控可编程电阻器，是一种取代传统机械电位器(模拟电位器)的新式CMOS数字、模拟混淆信号办理的集成电路。数字电位器采纳数控方式调理电阻值的，拥有使用灵巧、调理精度高、无触点、低噪声、不易污损、抗振动、抗扰乱、体积小、寿命长等显着长处，可在很多领域取代机械电位器。??

数字电位器的特色数字电位器的特色是:寿命长(因无机械触点)、工作靠谱、性能稳固、耐振动、体积小，能和数字电路或单片灵巧活地联合在一同。数字电位器工作原理因为数字电位器可取代机械式电位器，所以二者在原理上有相像之处。数字电位器属于集成化的三端可变电阻器件其等效电路，如图1所示。当数字电位器用作分压器时，其高端、低端、滑动端分别用VH、VL、VW表示；而用作可调电阻器时，分别用RH、RL和RW表示。图2所示为数字电位器的内部简化电路，将n个阻值同样的电阻串连，每只电阻的两头经过一个由MOS管组成的模拟开关相连，作为数字电位器的抽头。这类模拟开关等效于单刀单掷开关，且在数字信号的控制下每次只好有一个模拟开封闭合，进而将串连电阻的每一个节点连结到滑动端。数字电位器的数字控制部分包含加减计数器、译码电路、保留和恢复控制电路和不挥发储存器等4个数字电路模块。利用串入、并出的加／减计数器在输入脉冲和控制信号的控制下可实现加／减计数，计数器把累计的数据直接供应给译码电路控制开关阵列，同时也将数据传递给内部储存器保留。当外面计数脉冲信号停止或片选信号无效后，译码电路的输出端只有一个有效，于是只选择一个MOS管导通。数字控制部分的储存器是一种掉电不挥发储存器，当电路掉电后再次上电时，

数字电位器中仍保留着原有的控制数据，此中间抽头到两头点之间的电阻值还是前一次的调整结果。所以，数字电位器和机械式电位器的使用成效基真同样。可是因为开关的工作采纳

“先连结后断开”的方式，所以在输入计数有效时期，数字电位器的电阻值和希望值可能会有必定的差异，只有在调整结束后才能达到希望值。从图2能够看出，数字电位器和机械式电位器有2个重要差异：1)调整过程中，数字电位器的电阻值不是连续变化的，而是在调整结束后才拥有所希望的输出。这是因为数字电位器采纳MOS管作为开关电路，并且采纳“先开后关”的控制方法：2)数字电位器没法实现电阻的连续调整，而只好按数字电位器中电阻网络上的最小电阻值进行调整。数字电位器和数模变换器的差异?1前言利用数字输入控制微调模拟输出有两种选择：数字电位器和数均采纳数字输入控制模拟输出。经过数字电位器能够调整模拟电压电流，也能够调整电压。电位器有三个模拟连结端：高端、抽头端图1a)。DAC拥有队应的三个端点：高端对应于正基准电压，端则可能对应于接地端或负基准电压端(见图1b)。

模变换器(DAC)，二者经过DAC既能够调整(或模拟输出)和低端(见抽头端对应于DAC输出，低DAC和数字电位器存在一些显然差异，最显然的差异是DAC往常包含一个输出放大器/缓冲器，而数字电位器却没有。大多半数字电位器需要借助外面缓冲器驱动低阻负载。有些应用中，用户能够轻易地在DAC和数字电位器之间做出选择;而有些应用中二者都能知足需求。本文对DAC和数字电位器进行了比较，便于用户做出最适合的选择。2数/模变换器DAC往常采纳电阻串构造或R-2R阶梯架构，使用电阻串时，DAC输入控制着一组开关，这些开关经过般配的一系列电阻对基准电压分压。关于R-2R阶梯架构，经过切换每个电阻对正基准电压进行分压，进而产生受控电流。该电流送入输出放大器，电压输出DAC将此电流变换成电压输出，电流输出DAC则将R-2R阶梯电流经过放大器缓冲后输出。如果选择DAC，还要考虑详细指标，如串口/并口、分辨率、输入通道数、电流/电压输出、成本等。关于着重速度的系统，能够采纳并行接口;假如着重成本和尺寸，则可采纳3线或2线串口，这类器件引脚数较少，可显着降低成本，并且，有些3线接口能达到26MHz的通讯速率，2线接口能够达到3.4MHz的速率。DAC的另一个指标是分辨率，16位或18位DAC能够供应微伏级控制。比如，一个18位、2.5V基准的DAC，每个LSB对应于9.54μV，高分辨率关于工业控制(如机器人、发动机)产品极为重要。目前，数字电位器能够供应的最高分辨率是10位或1024抽头。数/模变换器的另一个优势是能够在单芯片内集成多路变换器，比如，MAX5733内置32路DAC，每路都能供应16位的分辨率。当前的数字电位器最多只好供应6个通道，如DS3930。DAC能够源出或吸入电流，为设计者供应更大的灵巧性。比如，MAX555010位DAC经过内部放大器、P沟道MOSFET和上拉电阻能够供应高达30mA的输出驱动。而MAX554710位DAC联合放大器、N沟道MOSFET和下拉电阻能够供应3.6mA的吸电流。除电流输出外，一些DAC还能够和外面放大器连结供应额外的输出控制。因为数/模变换器往常内置放大器，成本要高于数字电位器。但跟着新式DAC尺寸的减小，成本差异也愈来愈小。3数字电位器前面已谈到数字电位器能够经过数字输入控制电阻。图1a中的3端数字电位器实质上是一个固定端到端电阻的可调电阻分压器。经过将电位器中心抽头和高端或低端相连，或使高端或低端浮空，数字电位器能配置成2端可变电阻。和数/模变换器不一样，数字电位器能将H端接最高电压或最低电压端。采纳数字电位器时，用户也需考虑详细的指标：线性或对数调理、抽头数、抽头级数、非易失储存器、成本等。控制接口有递加/递减、按钮、SPI和I2C。和数/模变换器同样，数字电位器经过串口通讯，包含I2C和SPI。别的，数字电位器还供应了2线的递加、递减接口控制。往常，DAC和数字电位器的显着差异在于数/模变换器内部带有输出放大器。经过该输出放大器能够驱动低阻负载。4DAC/电位器的选择好多应用处合，用户能够轻易地在DAC和电位器之间做出选择。要求高分辨率的电机控制、传感器或机器人系统，需要采纳DAC。此外，高速应用中，比如基站、仪表等对速度、分辨率要求较高，甚至需要并行接口的DAC。电位器的线性特征便于实现放大器反应网络。相关于数/模变换器，对数电位器更适合音量调理。但在目前的很多应用中，DAC和数字电位器之间选择的界线比较模糊，图C和数字电位器都可用于控制MAXl553LED驱动器。MAXll53亮度(BRT)

2中的DA输入的直流电压和检流电阻决定了LED的电流。划分数字电位器的性能?介绍数字电位器，或digipot，方便了模拟电路的电阻、电压以及电流的数字控制和调整。数字电位器往常用于电源校准、音量控制、亮度控制、增益调理以及光模块的偏置/调制电流调理。数字电位器除基本作用外，还供应很多其余作用，以加强系统性能，简化设计。这些作用包含：不一样种类的非易失储存器、过零检测、去颤动按键接口、温度赔偿和写保护。这些作用针对不一样的应用而设计。基本的数字电位器设计电位器其实是一个三端元件(见图1a)。低端VL在内部连结至器件地或作为引脚输出，便于设计。三端数字电位器的构造实质上是一个拥有固定端到端电阻的可调理分压电阻。可变电阻是双端电位器，抽头和一个电阻串端点的阻值可变(参照图1b)。调理可变电阻数字电位器的抽头地点，能够改变数字电位器的端到端电阻。图1.(a)三端数字电位器的构造实质上是一个拥有固定端到端电阻的可调理分压电阻。(b)可变电阻为双端数字电位器，抽头内部连结到电位器的一端。简单地说，数字电位器是由数字输入控制的模拟输出，近似于数/模变换器(DAC)的定义。和DAC不一样的是，DAC供应经过缓冲的输出，而绝大多半数字电位器在没有外面缓冲器的状况下不可以驱动低阻负载。关于数字电位器，最大抽头电流范围为几百微安到毫安级。当数字电位器的抽头连结到低阻负载时，不论是可变电阻还是真实的数字电位器，必定要保证在最糟糕的工作条件下抽头电流处于可接受的IWIPER范围。可变电阻的最差负载发生在VW靠近VH时。在这个点上，电路中除抽头电阻之外可能没有其余电阻限制电流。可是，有些应用中可能要求很大的抽头电流，这类状况下，需要要点考虑电位器抽头的压降，这个压降限制了数字电位器的输出动向范围。依据应用需求改良设计数字电位器的应用范围很广，一些设计中可能需要外加器件，以知足对数字电位器的“精密调理”要求。比如，数字电位器的端到端电阻范围为10kΩ和200kΩ，而控制LED亮度时经常需要小电阻。解决这个问题的方案是DS3906，该芯片和105Ω的固定电阻并联使用，可供应70Ω至102Ω的等效电阻。这类配置下能够获取0.5Ω的步进调理，精准调理LED亮度。另一个解决方案是多通道数字电位器，如MAX5477或MAX5487，能够多个通道互相组合获取不一样的调理电阻步长，达到数字电位器的分辨率要求。有些状况可能需要更特别的数字电位器作用，关于需要温度赔偿的电压或电流调理，如光模块的光驱动器偏置，能够选择鉴于查找表的可变电阻。一些数字电位器集成了EEPROM(用于储存温度变化时的校准数据)和内部温度传感器(用于丈量环境温度)。数字电位器依据丈量温度在查找表中检索到对应的数值，调整可变电阻。鉴于温度查找表的数字电位器往常用来修正电路元件的非线性温度响应，如激光二极管或光电二极管；也能够依据应用需要，存心成立一个非线性电阻的温度响应。非易失储存器是数字电位器中引入的比较常有的低成本作用电路，标准的鉴于EEPROM的非易失(NV)数字电位器在上电复位(POR)时期进入一个已知状态。EEPROM能够保证50,000次的重复写次数，相关于机械电位器，大大提升了系统的靠谱性。一次性编程(OTP)数字电位器，如MAX5427/MAX5428/MAX5429，采纳熔丝设置，永远保留默认的抽头地点。和鉴于EEPROM的数字电位器同样，POR后OTP数字电位器初始化到已知状态。但是，OTP数字电位器的POR状态一旦编程后不可以重写。所以，OTP很适合工厂编程或产品校准。熔丝永远性地设置OTP数字电位器的POR抽头地点，无需锁定抽头地点。有些OTP数字电位器的抽头在熔丝编程后能够调理；有些OTP数字电位器的抽头地点则被永久性地设置，获取一个精准的、经过校准的电阻分压器。一些数字电位器供应锁定存放器，或数字控制输入，使数字电位器接口呈高阻态，防止不适合的抽头调整。EEPROM数字电位器的写保护作用还降低了功耗。数字电位器能够在电源或其余需要工厂校准的系统中达成电压和电流校准。和机械电位器或分别电阻等费时且不精准的手动校准对比，数字电位器有助于提升制造商的生产能力，改良校准精度和重复性指标。此外，数控电位器便于远程调试和从头校准。需要校准多个电压和/或电流时，使用DS3904/DS3905等三路NV数字电位器特别理想(图2)。这类情况下，一个小体积数字电位器能够取代三个机械电位器。用数字电位器代替机械电位器还有助于提升电路布局的灵巧性，因为数字电位器不需要在安装或保护时期进行机械调整。校准是OTP或EEPROM写保护作用的典型应用，此中EEPROM写保护更有益于设计。图2.DS3904/DS3905三路非易失数字电位器，的系统。这款小尺寸IC能够代替3个机械电位器。

可理想用于需要校准多路电压

/电流固然不是数字电位器，DS4303等拥有简单的单线数字控制接口的采样/保持电压基准也能用于产品校准(图3)。紧凑的设计特别切合校准的需求，电压基准输出在被控制信号锁定以前取决于输入电压，输出锁定后，除非从头编程或掉电，不然输出将不再发生变化，和输入电压没关。最新产品把锁定后的输出电压储存在EEPROM中，电源上电后可从头恢复。图3.非易失采样/保持电压基准DS4303，固然不是数字电位器，但可理想用于产品校准。校准时，在被控制信号(ADJ)锁定以前，DS4303输出(VOUT)取决于输入电压(VI。改良后的按键接口是传统接口(如SPI?、I?C、增/减和旋转控制)的增补。带有缓冲输出的数字电位器MAX5486使用了这类接口。这类经过去抖的按键接口鉴于按键按下的时间，用变化的速度控制抽头动作。按键接口不需要微控制器，降低了系统设计的复杂度。去颤动按键接口关于音量控制特别重要。针对音频应用设计的数字电位器往常供应过零检测电路，过零检测能够克制抽头从一个地点跳变到另一个地点时的可闻噪声。该作用使能后，过零检测电路将抽头动作推延到VL靠近VH时。好多过零检测电路还供应最大抽头变化的延缓，方便直流调理及其余特定电路。结论简单的易失性数字电位器在系统设计中仍旧适用，而针对特别应用设计的数字电位器和可变电阻供应了更多的作用。目前，好多设计者希望代替机械电位器，提升系统的靠谱性和在整个工作温度范围内的性能，省去系统微办理器，或克制咔嗒/噼噗声。关于这些需求，数字电位器充分显现它的优势，数字电位器的应用愈来愈广泛。利用数字电位器实现数控低通滤波器?数字电位器是一种应用广泛的器件，以下介绍怎样使用数字电位器建立一个可调带宽的低通滤波器。2一种简单的低通滤波器由DS3903组成的音频低通滤波器如图1所示。该电路采纳单电源供电，电源电压范围为2．7～5．5V。包含一级前置衰减，5．0V供电时可办理5．0VP-P(1．77VRM输入。为了产生一个双极点(极点在同一频点)低通滤波器(每10倍频程衰减12dB)，电容C3一定是C2的2倍以上，可变电阻POTO和POTl设置同样值，则截止频次(fC)计算以下：此中，RPOT是可变电阻POT0和POT2设置对应的电阻值。该电路的输入部分(Cl、U1一POTl、U2A、Rl和R2)是音量控制电路，还可将音频信号的直流偏置到VCC／2，使信号在未嵌位的条件下经过数字电位器和运放器，在任何供电电源下，电路都能够办理最大信号摆幅。所以，该设计在2．7V至5．0V下工作性能良好。输出直流电平保持在VCC/2，除非在正常输出之外工作，电平将偏移到不一样工作点。关于已限制工作范围的应用，能够去掉输入级电路，采纳直接耦合的方式连结到滤波器。去掉输入电路后，输出信号不过经截止频次为fC的双极点滤波器滤波后的信号，而输入信号的直流重量则直接旁路到输出端。经过改正电容或选择不一样端到端电阻的数字电位器，该电路的截止频次可设置为500kHz。用于计算RPOT的数字电阻模型如图2所示，关于指定地点，相应的开关将闭合而其他地点的开关则开路。电位器每递加一个单元地点，电阻将相应增添LSB(对DS3903，1kΩ／128=78Ω)，最高抽头地点除外，最高抽头地点为电位器电阻的并联组合，则惹起非线性。经过下式计算RPOT：此中：RLSB是端到端电阻除以抽头数；RW是滑动端、电阻；n是电位器的编程地点；是数字电位器的总抽头数。图3所示给出了DS390310kΩ电位器的RPOT电阻值和抽头地点之间的关系图，假设端到端电阻为10kΩ，滑动端电阻最小值是500Ω。这两个参数都会对滤波特征产生显着影响，但主要影响的是截止频次的最小值和最大值，实质截止频次能够在其最小值和最大值之间调理，选择适合的电容值即可将截止频次设置在可调范围内所要求的频点。数字电位器设计考虑滤波电路选择数字电位器时需要考虑以下几个要素。使用数字电位器的最大限制是电位器端点的电压，往常该电压一定保持在VCC和GND之间，以防止ESD构造内部的二极管将音频信号嵌位。当VCC在规定的范围(2．7~5．5V)内时，DS3903的ESD构造同意输入信号处于6V和GND之间，这一特征关于要求输入信号大于

VCC

的应用特别灵巧。可是，在图

l所示电路中并未办理

6．0VP-P

信号，因为运放电源低于6V时将会嵌位信号。假如运算放大器能够采纳更高的电压供电，即可使用DS3903的大信号办理作用。电位器抽头的变化形式(线性或对数)决定了电路截止频次的线性调理或对数调理形式。关于图l所示音频范围的滤波电路，为保证在40～800Hz之间供应