使用數字電位計進行設計時要記住的技巧

本文討論使用數字電位計進行設計時出現(xiàn)的一些關鍵問題和常見問題。主題包括游標電流（及其如何影響動態(tài)范圍）、游標電壓和溫度系數。還包括有關如何減少或消除不需要的錯誤的提示。

本文重點介紹使用數字電位器進行設計時需要解決的一些關鍵問題。

配置

使用數字電位器時最大的問題之一是是在真正的電位計（三端子）還是可變電阻（兩端子）配置中使用它。這些配置的電路如圖1和圖2所示。這些電路中的每一個都有優(yōu)點和缺點。

圖1.三端子配置。

首先，如果可能，通常最好在真正的電位計配置下使用該器件。這樣做有幾個優(yōu)點，其中最重要的是設計人員可以控制雨刮器上的負載。當作為電位計連接時，該器件采用三端子配置，如圖1所示。通過將游標連接到高阻抗節(jié)點，流過游標的電流可以保持在非常低的水平。

圖2.雙端子配置。

相比之下，從可變電阻或雙端子配置來看，游標現(xiàn)在可能需要承載大量電流。當游標靠近電位器的高側且電位器的低側接地并連接到游標時，尤其如此，如圖2所示。根據施加到電位器的電壓和游標電阻，設計人員必須注意不要超過輸入/輸出V的最大額定電流H和 VW在這些條件下。

游標電流

一旦考慮到這個問題，在上述任一配置中，通過游標消耗大量電流還涉及其他一些問題。作為參考，談論“顯著”電流是指數百微安和高達 1mA 的值。根據所選的電位計，游標的電阻可能從幾十Ω到超過1Kohm不等。如果通過1Kohm游標吸收1mA電流，則游標兩端產生的壓降為1V！這可能會嚴重限制所需輸出信號的動態(tài)范圍，因此請明智地進行設計。

游標電壓和溫度系數

涉及游標的另一個設計復雜性是游標電壓系數引起的輸出誤差。游標由CMOS開關組成，因此具有相同的特性，即相對于施加的電壓變化電阻。這意味著，當游標上的電壓變化時，無論是由于游標位置的變化還是由于施加的交流信號，游標本身的電阻都會非線性變化。因此，流過游標的任何大電流都會由于游標非線性變化電阻兩端的壓降而導致失真和輸出誤差。

在精密應用中，游標的另一個特性可能會導致細微誤差，那就是其相關的溫度系數。數字電位器數據手冊通常規(guī)定相對于電阻串本身的溫度系數。但是，該規(guī)格并未給出與游標電阻相關的溫度系數的任何指示。此特定規(guī)格通常未在數據手冊中列出。然而，由于游標由CMOS開關組成，因此通?？梢约僭O其溫度系數約為300ppm/C。由于游標電阻通常比總電位電阻小，因此該誤差很小，但如果存在高游標電流，在某些應用中仍可能很明顯。

至于電位器的整體溫度系數，該規(guī)格通常以絕對值和比例值給出。絕對溫度系數遠高于比率式溫度系數，最好在圖2的雙端子配置中得到體現(xiàn)。

在這里，電位器高壓側和游標之間的電阻將隨器件額定溫度范圍內的絕對溫度系數值而變化。然而，在圖1的三端電路中，電位器高端和游標之間的電阻隨溫度變化的速率與游標和電位器低端之間的電阻變化速率大致相同。這使得電阻分壓器更加穩(wěn)定，并被指定為比率溫度系數。

如圖所示，數字電位計的輸出信號誤差可能涉及多種因素。當游標以雙端子配置接近H端子時，這些誤差變得更加明顯。在這里，游標電阻直接添加到所需的電阻上，甚至可能大于所需的電阻設置，具體取決于總電位電阻的值和電位器的分辨率。

在許多應用中，熱和各種游標特性造成的誤差微不足道。當用于調整電源或與LCD顯示器的對比度時，所有這些誤差源可能并不重要，但在某些溫度敏感和精密應用中，它們值得考慮。

解決上述所有問題的一種方法是盡可能使用三端配置的數字電位計，并用運算放大器緩沖游標。該電路將確保游標電流等效于運算放大器的輸入偏置電流。通過使用具有皮安輸入偏置電流規(guī)格的運算放大器，幾乎消除了由于游標電阻值或游標電阻值變化引起的任何誤差。有時這種解決方案看起來不合適，特別是在跨阻放大器中，電位器用作可變反饋電阻。但是，如圖3所示，使用Tee網絡作為反饋電阻，設計人員可以在三端子配置中使用電位器，并利用其優(yōu)勢。因此，在您的設計中要有創(chuàng)意，因為通常有一種方法可以使用真正的三端子形式的數字電位器。如果首選或需要雙端子電路，請仔細考慮任何熱和游標誤差（如果您的設計標準允許）。

圖3.用于PIN跨阻放大器的TEE網絡。

審核編輯：郭婷