數(shù)字電位器的內(nèi)部原理和缺點(diǎn)

數(shù)字電位器（也稱為阻性數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，或者非正式地稱為“digipot“）是一種數(shù)字控制的電子組件，它模擬了機(jī)械電位器的功能。它經(jīng)常被MCU用于微調(diào)和縮放模擬信號(hào)。

數(shù)字電位器：digital potentiometer

內(nèi)部原理

數(shù)字電位器可以由電阻階梯（resistor ladder）集成電路或數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器構(gòu)建，其中電阻階梯結(jié)構(gòu)更為常見。電阻階梯上的每個(gè)抽頭都有自己的開關(guān)，可以將該抽頭連接到電位器的輸出端。階梯上選擇的抽頭位置確定了數(shù)字電位器的電阻比。抽頭數(shù)通常用位值表示，例如8位相當(dāng)于256個(gè)抽頭；8位是最常見的，但5位到10位（32到1024個(gè)步驟）之間的分辨率也可用。數(shù)字電位器使用的協(xié)議有 I2C 或 SPI；有些使用更簡(jiǎn)單的上升/下降協(xié)議。數(shù)字電位器的典型用途包括需要對(duì)放大器（通常是儀器放大器）、小信號(hào)音頻平衡和偏移調(diào)整進(jìn)行增益控制的電路。

缺點(diǎn)

雖然與普通電位器非常相似，但數(shù)字電位器對(duì)流過(guò)其的電流有限制，比如 MCP4XXXX 系列的電流限制為 1mA 。此外，大多數(shù)數(shù)字電位器將兩個(gè)輸入端（A、B）的電壓范圍限制在數(shù)字電源范圍內(nèi)，因此可能需要額外的電路來(lái)替代傳統(tǒng)電位計(jì)（盡管也有數(shù)字電位計(jì)可使用獨(dú)立的雙電源模擬電壓）。此外，數(shù)字電位計(jì)的電阻值具有離散的步進(jìn)，而不像多圈電阻式電位計(jì)那樣可以獲得看似連續(xù)的控制。

易失性數(shù)字電位器與機(jī)電式電位器的不同之處在于，在上電時(shí)，電阻會(huì)恢復(fù)到（可能）不同于上次斷電時(shí)的值。同樣地，它們的電阻只有在正確的直流供電電壓下才有效。當(dāng)電壓消失時(shí)，兩端點(diǎn)和滑動(dòng)觸點(diǎn)之間的電阻是不確定的。在運(yùn)算放大器電路中，機(jī)械電位器的斷路阻抗可以幫助穩(wěn)定電路在上電階段的直流工作點(diǎn)。但是當(dāng)使用數(shù)字電位器時(shí)，可能就不是這樣了。

無(wú)論是機(jī)械式還是數(shù)字式電位器，一般都有較差的公差（通常為±20%），較差的溫度系數(shù)（每攝氏度可達(dá)數(shù)百ppm），以及一個(gè)停止電阻，通常約為滿量程電阻的0.5-1%。注意，停止電阻是指當(dāng)端子到滑動(dòng)點(diǎn)的電阻設(shè)為最小值時(shí)的殘余電阻。

對(duì)于數(shù)字電位器，其實(shí)際阻值可能取決于供電電壓。

數(shù)字電位器由于器件中的寄生電容而導(dǎo)致其帶寬有限。端到端阻抗較低的器件通常有更大的帶寬。

數(shù)字電位器中的傳輸門/開關(guān)元件會(huì)引起諧波失真。

使用乘法DAC作為數(shù)字電位器可以消除大部分這些限制。通?？梢詫?shí)現(xiàn)+15V到-15V的信號(hào)范圍，有16位的控制，即65535個(gè)離散的設(shè)定點(diǎn)，而漂移和非線性都可以忽略不計(jì)。但是DAC每次系統(tǒng)上電時(shí)都需要初始化，這通常由嵌入式微控制器中的軟件來(lái)完成。乘法DAC不能直接用作電阻器（2線連接），但在這種模式下，數(shù)字電位器由于其溫度系數(shù)和電阻公差也表現(xiàn)不佳。

應(yīng)用

LCD-對(duì)比度/亮度

傳感器校準(zhǔn)

數(shù)字音量控制

可編程比較器

可編程低/高通濾波器