數字電位計（數字電位器）有助于對模擬電路中的電阻、電壓和電流進行數字控制和調整，適用于各種應用。本應用筆記介紹了數字電位器的基本功能。本文還介紹了如何修改數字電位器并添加功能，以提高系統性能、簡化設計并滿足特定應用的要求。

介紹

數字電位計或數字電位器有助于對模擬電路中的電阻、電壓和電流進行數字控制和調整。常見的數字電位器應用包括電源校準、音頻音量控制、亮度控制、增益調整以及光學模塊中的偏置和調制電流控制。除了基本的數字電位器規格外，還有許多功能可以提高系統性能并簡化設計。這些特性包括各種類型的非易失性、過零檢測、去抖動按鈕接口、溫度補償和寫保護。這些功能的相關性因應用程序而異。

基本數碼寶貝設計

真正的電位計是一個三端器件（見圖1a）。低端子，VL，要么在內部連接到器件接地，要么通過引腳引出以實現設計靈活性。這種三端數字電位器配置本質上是一個具有固定端到端電阻的可調電阻分壓器。

可變電阻器是雙端子數字電位器變體，提供游標和電阻串的一端（參見圖1b）。在可變電阻數字電位器配置中調整游標的位置可有效修改數字電位器的端到端電阻。

圖1.（a） 三端數字電位器配置本質上是一個具有固定端到端電阻的可調電阻分壓器。（b） 可變電阻器是雙端子數字電位器變體，游標內部連接到電位計的一側。

簡而言之，數字電位器是由數字輸入控制的模擬輸出。此描述類似于數模轉換器 （DAC） 的定義。與提供緩沖輸出的DAC不同，大多數數字電位器并非用于在沒有外部緩沖器的情況下驅動低阻抗負載。

根據數字電位器的不同，最大游標電流范圍從數百微安到毫安不等。將數字電位游標連接到低阻抗時，無論使用可變電阻還是真正的數字電位器，始終確保游標電流保持在允許的I雨刮器在最壞情況下的范圍。可變電阻的最壞情況游標負載發生在 VW方法五H.此時，除了游標電阻外，電路中可能幾乎沒有電阻來限制電流。然而，在某些應用中，游標電流本身就很大。在這些條件下，絕對應考慮游標兩端的壓降，因為這種壓降限制了數字電位器輸出的動態范圍。

針對應用需求的修改

采用數字電位器的電路差異很大。在某些設計中，可能需要通過添加外部組件來“微調”特定應用的 digipot。例如，數字電位器的常見端到端電阻值范圍在10kΩ和200kΩ之間。然而，在控制LED瓷磚亮度時，通常需要低得多的電阻。DS3906可以解決這一問題，當與固定的105Ω電阻并聯時，它提供70Ω至102Ω的有效電阻。此配置中的 0.5Ω 步長允許精確調節 LED 亮度。另一種方案是使用多通道數字電位器，如MAX5477或MAX5487，它們組合通道以改變電阻步長，同時保持數字電位器分辨率。

在其他情況下，可能需要具有更專業功能的數碼罐。需要溫度補償電壓或電流的應用，例如光學模塊中的激光驅動器偏置，受益于基于查找表的可變電阻器。一些數字電位器集成了一個EEPROM，以溫度增量存儲熱校準查找數據;內部溫度傳感器測量環境溫度。然后，數字電位器使用查找表中與測量溫度相對應的修改器來調整可變電阻。基于熱查找表的數字電位器通常可以校正電路元件（如激光器或光電二極管）的非線性溫度響應，也可以故意創建特定于應用的精確非線性電阻溫度響應。

非易失性是數字電位器常見且廉價的附加功能。基于EEPROM的標準非易失性（NV）數字電位器在上電復位（POR）期間上電進入已知狀態。EEPROM技術可輕松保證50，000次寫入周期，與機械電位計相比，這是一個重大的可靠性升級。一次性可編程（OTP）數字電位器，如MAX5427/MAX5428/MAX5429，利用保險絲編程永久存儲默認游標位置。與基于 EEPROM 的數字電位器一樣，在 POR 之后，OTP 數字電位器初始化為已知狀態。但是，OTP 數字電位器的 POR 狀態一旦編程就無法重寫。因此，OTP非常適合工廠或生產校準。雖然熔斷器編程會永久設置 OTP 數字電位器的 POR 游標位置，但熔斷器編程不一定鎖定游標位置。許多OTP數字電位器的雨刷在保險絲編程后完全可調。然而，在其他OTP數字電位器中，游標位置是永久設置的，從而產生一個精確的、經過校準的電阻分壓器。一些數字電位器提供鎖定寄存器或數字控制輸入，對數字電位器接口進行三態處理，防止意外調整游標。禁用EEPROM數字電位器中的寫入功能還可以降低功耗。

數字電位器可以幫助電源或其他需要工廠校準的系統自動進行電壓和電流校準。與使用機械電位計或分立電阻器進行更耗時和不精確的手動校準相比，數字電位器可提高制造吞吐量并改善校準精度和可重復性。此外，電位計的數字控制有助于在需要時進行遠程調試和重新校準。在校準多個電壓和/或電流的系統中，DS3904/DS3905三路NV數字電位器等數字電位器是理想的選擇（圖2）。在這種情況下，一個小數字電位器最多可以取代三個機械電位器。當數字電位器取代機械電位器時，布局靈活性也會增加，因為在組裝或返工期間，技術人員不需要隨時使用數字電位器進行校準。校準是需要OTP或EEPROM寫保護的應用的一個典型示例，EEPROM寫保護也很有用。

圖2.DS3904/DS3905三通道非易失性數字電位器非常適合校準多個電壓和/或電流的系統。這個小型IC可替代多達三個機械電位計。

雖然不是數字電位器，但具有簡單單引腳數字控制接口的采樣保持電壓基準（如DS4303）也可以協助進行生產校準（圖3）。設計在更緊湊的空間中，這在校準期間特別有益，基準電壓源的輸出對施加的輸入電壓進行采樣，直到被控制輸入鎖定。輸出鎖定后，無論輸入端施加的電壓如何，在重新編程或斷電之前，輸出都不會改變。最近鎖存的輸出電壓存儲在EEPROM中，并在電源循環后恢復。

圖3.非易失性采樣保持電壓基準DS4303雖然不是數字電位器，但可用于生產校準應用。校準時，DS4303的輸出（V外） 對施加的輸入電壓 （V ） 進行采樣在），直到被控制輸入 （ADJ） 鎖定。

不斷發展的按鈕接口補充了傳統的串行接口產品，如SPI?、I2C、遞增/遞減和旋轉控制。MAX5486數字電位器采用一個這樣的接口，帶有緩沖游標輸出。這種去抖動按鈕界面以不同的速率推進雨刮器，具體取決于按下按鈕的持續時間。按鈕接口不需要微控制器，因此降低了系統復雜性。去抖動按鈕接口對于音頻音量調節特別有用。

針對音頻應用的數碼電位器通常具有過零檢測電路。過零檢測可減少雨刮器從一個設置轉換到另一個設置時可能產生的咔嗒聲和爆裂聲。激活時，過零檢測延遲游標轉換，直到VL近似等于 VH.許多過零檢測電路還具有最大游標轉換延遲，以方便直流應用和其他專用電路。

總結

簡單的易失性數字電位器在系統設計中仍然很有用，但針對特定應用和可變電阻器優化的數字電位器提供了額外的功能。如今，許多設計人員都希望更換機械電位計，提高系統可靠性或溫度性能，消除對系統微處理器的需求，或減少可聽見的咔嗒聲和爆裂聲。無論需要什么，數字罐都會增加價值。現在還有一個適用于大多數應用的數碼罐。

審核編輯：郭婷