數(shù)字電位器簡(jiǎn)介

　　數(shù)字電位器也稱(chēng)為數(shù)控電位器，是一種用數(shù)字信號(hào)控制其阻值改變的器件（集成電路）。數(shù)字電位器與機(jī)械式電位器相比，具有可程控改變阻值、耐震動(dòng)、噪聲小、壽命長(zhǎng)、抗環(huán)境污染等重要優(yōu)點(diǎn)，因而，已在自動(dòng)檢測(cè)與控制、智能儀器儀表、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品等許多重要領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。但是，數(shù)字電位器額定阻值誤差大、溫度系數(shù)大、通頻帶較窄、滑動(dòng)端允許電流?。ㄒ话?～3mA）等，這在很大程度上限制了它的應(yīng)用。

　　數(shù)字電位器產(chǎn)品特性

　　1、采用傳感器原理生產(chǎn)，具有良好的線性、精度和溫度穩(wěn)定性。

　　2、采用軟件實(shí)現(xiàn)功能，可以根據(jù)使用要求變化進(jìn)行定制。

　　3、工作方式為非接觸，避免傳統(tǒng)電位器的磨損，壽命長(zhǎng)，可靠性高。

　　4、由于取消了傳統(tǒng)電位器中的電刷基片，有效行程達(dá)到360°，實(shí)現(xiàn)無(wú)盲區(qū)測(cè)量。

　　5、輸出信號(hào)類(lèi)型多（0-5V/0-10V/4-20mA/串行數(shù)字信號(hào)輸出），方便信號(hào)采集處理。

　　6、可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)有效行程和輸出信號(hào)的變化，滿(mǎn)足各種特殊要求。

　　7、應(yīng)用范圍廣，使用靈活。

　　數(shù)字電位器原理介紹

　　字電位器一般帶有總線接口，可通過(guò)單片機(jī)或邏輯電路進(jìn)行編程。它適合構(gòu)成各種可編程模擬器件，如可編程增益放大器、可編程濾波器、可編程線性穩(wěn)壓電源及音調(diào)/音量控制電路，真正實(shí)現(xiàn)了“把模擬器件放到總線上”（即單片機(jī)通過(guò)總線控制系統(tǒng)的模擬功能塊）這一全新設(shè)計(jì)理念。

　　由于數(shù)字電位器可代替機(jī)械式電位器，所以二者在原理上有相似之處。數(shù)字電位器屬于集成化的三端可變電阻器件其等效電路。當(dāng)數(shù)字電位器用作分壓器時(shí)，其高端、低端、滑動(dòng)端分別用VH、VL、VW表示；而用作可調(diào)電阻器時(shí)，分別用RH、RL和RW表示。

　　數(shù)字電位器的數(shù)字控制部分包括加減計(jì)數(shù)器、譯碼電路、保存與恢復(fù)控制電路和不揮發(fā)存儲(chǔ)器等4個(gè)數(shù)字電路模塊。利用串入、并出的加/減計(jì)數(shù)器在輸入脈沖和控制信號(hào)的控制下可實(shí)現(xiàn)加/減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器把累計(jì)的數(shù)據(jù)直接提供給譯碼電路控制開(kāi)關(guān)陣列，同時(shí)也將數(shù)據(jù)傳送給內(nèi)部存儲(chǔ)器保存。當(dāng)外部計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)停止或片選信號(hào)無(wú)效后，譯碼電路的輸出端只有一個(gè)有效，于是只選擇一個(gè)MOS管導(dǎo)通。

　　數(shù)字控制部分的存儲(chǔ)器是一種掉電不揮發(fā)存儲(chǔ)器，當(dāng)電路掉電后再次上電時(shí)，數(shù)字電位器中仍保存著原有的控制數(shù)據(jù)，其中間抽頭到兩端點(diǎn)之間的電阻值仍是上一次的調(diào)整結(jié)果。因此，數(shù)字電位器與機(jī)械式電位器的使用效果基本相同。但是由于開(kāi)關(guān)的工作采用“先連接后斷開(kāi)”的方式，所以在輸入計(jì)數(shù)有效期間，數(shù)字電位器的電阻值與期望值可能會(huì)有一定的差別，只有在調(diào)整結(jié)束后才能達(dá)到期望值。

　　數(shù)字電位器的優(yōu)點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)一、數(shù)字電位器的使用壽命長(zhǎng)，一般以百萬(wàn)次為單位。

　　優(yōu)點(diǎn)二、數(shù)字電位器能配置成2端可變電阻，可將電位器中心抽頭與高端或低端相連，能將H端接最高電壓或最低電壓端。

　　數(shù)字電位器的缺點(diǎn)

　　缺點(diǎn)一、數(shù)字電位器受CMOS工藝的限制。

　　缺點(diǎn)二、不能直接接負(fù)電源。

　　缺點(diǎn)三、溫度系數(shù)太大。

　　缺點(diǎn)四、額定阻值差大。

　　缺點(diǎn)五、通頻帶較窄。

　　數(shù)字電位器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的區(qū)別

　　1、引言

　　利用數(shù)字輸入控制微調(diào)模擬輸出有兩種選擇：數(shù)字電位器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC），兩者均采用數(shù)字輸入控制模擬輸出。通過(guò)數(shù)字電位器可以調(diào)整模擬電壓;通過(guò)DAC既可以調(diào)整電流，也可以調(diào)整電壓。電位器有三個(gè)模擬連接端：高端、抽頭端（或模擬輸出）和低端（見(jiàn)圖1a）。DAC具有隊(duì)?wèi)?yīng)的三個(gè)端點(diǎn)：高端對(duì)應(yīng)于正基準(zhǔn)電壓，抽頭端對(duì)應(yīng)于DAC輸出，低端則可能對(duì)應(yīng)于接地端或負(fù)基準(zhǔn)電壓端（見(jiàn)圖1b）。

　　DAC和數(shù)字電位器存在一些明顯區(qū)別，最明顯的差異是DAC通常包括一個(gè)輸出放大器/緩沖器，而數(shù)字電位器卻沒(méi)有。大部分?jǐn)?shù)字電位器需要借助外部緩沖器驅(qū)動(dòng)低阻負(fù)載。有些應(yīng)用中，用戶(hù)可以輕易地在DAC和數(shù)字電位器之間做出選擇;而有些應(yīng)用中兩者都能滿(mǎn)足需求。本文對(duì)DAC和數(shù)字電位器進(jìn)行了比較，便于用戶(hù)做出最恰當(dāng)?shù)倪x擇。

　　2、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

　　DAC通常采用電阻串結(jié)構(gòu)或R-2R階梯架構(gòu)，使用電阻串時(shí)，DAC輸入控制著一組開(kāi)關(guān)，這些開(kāi)關(guān)通過(guò)匹配的一系列電阻對(duì)基準(zhǔn)電壓分壓。對(duì)于R-2R階梯架構(gòu)，通過(guò)切換每個(gè)電阻對(duì)正基準(zhǔn)電壓進(jìn)行分壓，從而產(chǎn)生受控電流。該電流送入輸出放大器，電壓輸出DAC將此電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出，電流輸出DAC則將R-2R階梯電流通過(guò)放大器緩沖后輸出。如果選擇DAC，還要考慮具體指標(biāo)，如串口/并口、分辨率、輸入通道數(shù)、電流/電壓輸出、成本等。對(duì)于注重速度的系統(tǒng)，可以選用并行接口;如果注重成本和尺寸，則可選用3線或2線串口，這種器件引腳數(shù)較少，可顯著降低成本，而且，有些3線接口能達(dá)到26MHz的通信速率，2線接口能夠達(dá)到3.4MHz的速率。DAC的另一個(gè)指標(biāo)是分辨率，16位或18位DAC可以提供微伏級(jí)控制。例如，一個(gè)18位、2.5V基準(zhǔn)的DAC，每個(gè)LSB對(duì)應(yīng)于9.54μV，高分辨率對(duì)于工業(yè)控制（如機(jī)器人、發(fā)動(dòng)機(jī)）產(chǎn)品極為重要。目前，數(shù)字電位器能夠提供的最高分辨率是10位或1024抽頭。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠在單芯片內(nèi)集成多路轉(zhuǎn)換器，例如，MAX5733內(nèi)置32路DAC，每路都能提供16位的分辨率。當(dāng)前的數(shù)字電位器最多只能提供6個(gè)通道，如DS3930。

　　DAC能夠源出或吸入電流，為設(shè)計(jì)者提供更大的靈活性。例如，MAX555010位DAC通過(guò)內(nèi)部放大器、P溝道MOSFET和上拉電阻能夠提供高達(dá)30mA的輸出驅(qū)動(dòng)。而MAX554710位DAC結(jié)合放大器、N溝道MOSFET和下拉電阻可以提供3.6mA的吸電流。除電流輸出外，一些DAC還可以與外部放大器連接提供額外的輸出控制。因?yàn)閿?shù)/模轉(zhuǎn)換器通常內(nèi)置放大器，成本要高于數(shù)字電位器。但隨著新型DAC尺寸的縮小，成本差異也越來(lái)越小。

　　3、數(shù)字電位器

　　前面已談到數(shù)字電位器可以通過(guò)數(shù)字輸入控制電阻。圖1a中的3端數(shù)字電位器實(shí)際上是一個(gè)固定端到端電阻的可調(diào)電阻分壓器。通過(guò)將電位器中心抽頭與高端或低端相連，或使高端或低端浮空，數(shù)字電位器能配置成2端可變電阻。與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器不同，數(shù)字電位器能將H端接最高電壓或最低電壓端。選用數(shù)字電位器時(shí)，用戶(hù)也需考慮具體的指標(biāo)：線性或?qū)?shù)調(diào)節(jié)、抽頭數(shù)、抽頭級(jí)數(shù)、非易失存儲(chǔ)器、成本等?？刂平涌谟羞f增/遞減、按鈕、SPI和I2C。

　　與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器一樣，數(shù)字電位器通過(guò)串口通信，包括I2C和SPI。此外，數(shù)字電位器還提供了2線的遞增、遞減接口控制。通常，DAC與數(shù)字電位器的顯著區(qū)別在于數(shù)/模轉(zhuǎn)換器內(nèi)部帶有輸出放大器。通過(guò)該輸出放大器可以驅(qū)動(dòng)低阻負(fù)載。

　　4、DAC/電位器的選擇

　　很多應(yīng)用場(chǎng)合，用戶(hù)可以輕易地在DAC和電位器之間做出選擇。要求高分辨率的電機(jī)控制、傳感器或機(jī)器人系統(tǒng)，需要選用DAC。另外，高速應(yīng)用中，例如基站、儀表等對(duì)速度、分辨率要求較高，甚至需要并行接口的DAC。電位器的線性特性便于實(shí)現(xiàn)放大器反饋網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，對(duì)數(shù)電位器更適合音量調(diào)節(jié)。

　　但在當(dāng)前的許多應(yīng)用中，DAC與數(shù)字電位器之間選擇的界限比較模糊，圖2中的DAC和數(shù)字電位器都可用于控制MAXl553LED驅(qū)動(dòng)器。MAXll53亮度（BRT）輸入的直流電壓和檢流電阻決定了LED的電流。