数字电位器的应用

数字电位器介绍

简单的说，数字电位器由数字输入控制，产生一个模拟量的输出。这个定义类似于数模转换器（DAC），所不同的是：DAC具有一个缓冲输出，大多数数字电位器没有输出缓冲器，因而不能驱动低阻负载。依据数字电位器的不同，抽头电流最大值可以从几百微安到几个毫安。因此，不论是普通电位器还是数字电位器，如果与低阻负载连接，都应保证在最恶劣的条件下，抽头电流不超出所允许的IWIPER 范围。所谓“最恶劣的条件”发生在抽头电压VW接近于端电压VH，而且线路中没有足够限流电阻的情况下。有些应用中，抽头流过较大的电流，这时应该考虑电流流经抽头时产生的压降，这个压降会限制数字电位器的输出动态范围。

数字电位器的应用

数字电位器的应用非常广泛，某些特定情况下可能需要增加元件以配合电路调整。例如，数字电位器的端到端电阻一般为10～200K ，而调整LED亮度时通常需要非常低的阻值。针对这个问题，可以选用DS3906。当DS3906外部并联一个固定105 的电阻时，可以提供70～102 的等效电阻，这种结构能够按照0.5 的步进值精确调节LED的亮度。

有些情况下还会需要特殊性能的数字电位器，例如对电压或电流进行温度补偿，光纤模块中对激光驱动器偏置的调节就是一个典型范例（见图1），温度补偿数字电位器MAX1858内部带有一个用EEPROM保存的查找表，校准值在查找表内按温度顺序排列。数字电位器内部的温度传感器对温度进行检测，然后根据检测的温度值从查找表里得到对应的校准电阻。


非易失性是数字电位器常见的一个附加功能。基于EEPROM 的非易失数字电位器在上电复位时可以保持在某个已知状态。现有的EEPROM 技术可以很容易保证50000次的擦写次数，相对于机械式电位器，非易失数字电位器的可靠性更高。一次性编程(OTP)数字电位器（如MAX5427-MAX5429），可以在编程后永久保存缺省的抽头位置。与基于EEPROM的数字电位器一样，上电复位后，OTP数字电位器初始化到已知状态。但是一经编程，OTP数字电位器的上电复位状态不能够再更改。

数字电位器可以协助自动完成电源系统中电压或电流的校准，或用于其他需要工厂校准的系统中。手工调节的机械电位器相对耗时较大，而且存在很大的人为误差。而数字电位器的电调节方式则可以简化生产流程，提高校准精度和可重复性。另外，数字电位器的数控方式便于实现远程调试和校准，当系统需要对多个电压或电流进行校准时，可选用DS3904/DS3905非易失数字电位器（见图 2）， 利用一个小尺寸IC可以替代3个机械电位器。数字电位器也增加了电路板布线的灵活性，因为装配和维护都不需要工程人员直接接触器件。OTP或者EEPROM写保护特性在系统校准等典型应用中非常实用。


DS4303不完全是一个数字电位器，它是一个基于采样保持的电压基准，具有简单的单引脚数字控制接口和紧凑的空间，也可以在生产线上完成类似的校正功能（见图3）。校准时，DS4303输出电压跟踪加在输入端的电压，直到由控制输入锁定。锁定之后不管输入电压如何变化，输出锁定都不会变化，直到重新编程或断开电源。断电后，最近一次锁定的电压值保存在EEPROM 中，每次上电时，输出电压回到设定值。


数字电位器的一种新型接口是按键接口，进一步补充了传统的串行接口(SPI、I2C、增/减控制等)。MAX5457就利用了这样的按键接口，去抖动按键接口可以根据按键持续时间，形成不同的调整量，用来调整中心抽头的位置。按键接口不需要微处理器，因此可以降低系统的复杂度。去抖动按键接口尤其适用于音量控制。

针对音频应用的数字电位器经常有过零检测电路。过零检测电路可以减少当中心抽头由一个位置调整到另一个位置时产生的听得见的“咔嗒”声。 工作时，在VL 大致接近 VH之前，过零检测延迟中心抽头的变动。许多过零检测电路也可以有一个最大抽头变动延迟时间以保证DC的应用和其他特殊应用要求。

小结

许多系统设计中仍然采用简单的易失性数字电位器， 而针对特定应用的数字电位器和数字可变电阻提供了更多的功能。无论是代替机械电位器， 提高系统的可靠性或者提供宽温度范围的性能，消除系统微控制器，还是减少可以听得见的“咔嗒”声，数字电位器都可以体现它的应用价值。

编辑：博子