發布日期：2022-10-09 點擊率：105
１ 用數字電位器替代機械式電位器
數字電位器的寫次數很容易達到５００００次，而機械式電位器的調節次數一般只有幾千次，甚至幾百次。目前市場上提供的數字電位器的分辨率在３２級（５位）到２５６級（８位）甚至更高。對于像ＬＣＤ顯示器對比度調節或其它動態范圍要求不高的應用，設計時可以選用低分辨率、低成本的數字電位器。而高分辨率的數字電位器則被廣泛用于動態范圍高達９０ｄＢ的音頻和Ｈｉ－Ｆｉ設備中。數字電位器具有易失和非易失兩種類型，非易失數字電位器與機械式電位器很相似，它們無論上電與否都可以保持電阻值設置，特別是ＭＡＸ５４２７／ＭＡＸ５４２８／ＭＡＸ５４２９數字電位器，更具有獨特的編程特性，每個器件帶有一個一次性編程（ＯＴＰ）存儲器，能夠在上電復位（ＰＯＲ）時將抽頭位置設置在用戶定義的數值，且抽頭位置保持可調，但在上電時總是返回到所設置的位置。另外，利用ＯＴＰ功能也可以關閉接口操作，使抽頭位置始終保持在所希望的地方。這樣，器件就像一個阻值固定的分壓器，而不是電位器。
大多數數字電位器可以通過傳統的Ｉ２Ｃ或ＳＰＩ接口進行編程，有些器件則采用上／下脈沖計數調節方式。采用數字電位器有很多優勢，首先，這些電位器對灰塵、污垢和潮濕的環境不敏感，而這些因素對于機械式電位器來說則是致命的。數字電位器幾乎能夠在任何電子系統中替代老式的機械電位器，而不僅僅是在音頻產品，圖１列出了數字電位器的幾種典型應用。
圖1
２ 數字電位器在音頻設備中的應用
與機械式電位器相比，數字電位器的另一優勢是可以直接安裝在電路板的信號通道上，而不需要復雜、昂貴的機械與電控的整合方案。數字電位器可提高電子噪聲抑制能力，不存在機械電位器連線拾取的干擾信號。傳統的數字電位器只是簡單地直接取代機械式電位器，它們具有相同的使用方法，因而無需做過多的說明。然而，對于特殊用途的器件，（如低成本立體聲音量控制），使用時可能會出現一些特殊問題。
數字電位器可以提供對數和線性變化函數，對數變化的數字電位器常用于Ｈｉ－Ｆｉ音頻設備中的音量調節，可為具有非線性響應特性的人耳建立一個線性變化的音量控制。目前，高度集成的數字電位器可以在單芯片內提供六個獨立的電位器，并支持多聲道音頻設備，如立體聲、環繞杜比系統等。對于音頻設備，需要注意每一級抽頭位置的瞬變過程，如果抽頭位置沒有精確地切換到０Ｖ，音頻信號會帶有噼啪聲和砰然聲。幸運的是，新一代數字電位器包含的過零檢測功能（如ＤＳ１８０２）可確保在檢測到過零（０Ｖ）或５０ｍｓ延遲時改變抽頭位置，從而可降低抽頭位置瞬變時的音頻噪聲。
新一代的ＤＳ１８０２音頻電位器包含了兩個數控電位器，對數抽頭，每級變化１ｄＢ。最大衰減量為６３ｄＢ。此外，它還帶有靜音功能，可將信號衰減９０ｄＢ。ＤＳ１８０２有四個按鍵輸入，可用于音量／平衡控制。合理利用其過零檢測器，能夠實現音量的無縫調節，以得到純凈的音頻信號。圖２提供了一個前置放大器方案，可通過按鍵控制兩個立體聲聲道。用ＤＳ１８０２構成音量控制電路時，需要將交流信號偏置在直流電源范圍內，否則，ＤＳ１８０２會將低于ＧＮＤ、高于ＶＣＣ的音頻信號鉗位掉，ＤＳ１８０２可以采用３Ｖ或５Ｖ電源。由于音頻信號通常是對稱的，所以，最好將直流偏置設置在ＶＣＣ／２，以獲得最大的音頻信號擺幅。圖２（ａ）是一個惠斯通橋電路，可用來將輸入信號偏置在ＶＣＣ／２。該電路允許交流信號通過位于中間位置的電阻（電位器），來對電阻兩端進行相同的直流偏置。這一點對于數字電位器非常關鍵，因為過零檢測器是在電位器兩端電壓為零時切換電位器的位置，因而，可以消除由于數字電位器的非連續切換所造成的噼啪聲和砰然聲。圖２（ｂ）是在圖（ａ）基礎上構建的電路，該電路的輸入阻抗為１３．７ｋΩ，橋電路和輸入電容造成的信號衰減為１．２ｄＢ（２０Ｈｚ）。此外，還需要在靠近DS1802和MAX4167的VCC引腳加旁路電容。
圖2
3 基于電位器的電壓電阻轉換電路
在工業控制和偏置調節電路中，有時需要將電壓信號轉換成電阻，這一過程在具體實施時有一定的難度。圖３利用兩路數字電位器提供了一個簡單的轉換方案。圖中，數字電位器Ｕ１和運算放大器Ｕ３構成數字采樣保持電路，Ｕ１通過調節其內部分壓比保證ＶＷＩＰＥＲ對 ＶＩＮ的跟蹤，這樣，滑動端電阻將與ＶＩＮ成正比。由于Ｕ１、Ｕ２的數字輸入是連接在一起的，Ｕ２的滑動端位置與Ｕ１相同，對應端的電阻也相同。這樣便可得到與ＶＩＮ成正比的電阻，從而實現電壓至電阻的轉換。
由于Ｕ１、Ｕ２是完全相同的數字電位器，其數字輸入連接在一起，因此，它們的滑動端位置也相同。ＬＯＣＫ置為低電平，輸出電阻將隨著ＶＩＮ而改變；而ＬＯＣＫ置為高電平則將保持阻值不變。也可以將ＬＯＣＫ始終接地，在這種情況下，即使ＶＩＮ保持恒定，輸出電阻也會在兩個相鄰狀態之間連續翻轉。假如電位器端電阻為１０ｋΩ，抽頭數為３２，那么，當滑動輸出端電阻設置在５ｋΩ時，輸出電阻將隨時鐘在５ｋΩ和５．３１２５ｋΩ之間跳變。需要時，可以在滑動輸出端接一個電容來濾除跳變效應。該電路所允許的時鐘頻率范圍為１００Ｈｚ～１０ｋＨｚ。而輸出電阻并非實時跟隨ＶＩＮ的變化，但經過若干個時鐘周期后可以達到其終值。時鐘數取決于滑動端的初始位置和輸入電壓，最大值為３２（電位器抽頭數）。如果需要更高的分辨率，可以用６位或８位數字電位器替代本電路中的５位芯片。注意，ＭＡＸ５１６０上電時將滑動端設置在中心位置，因而，可使兩路數字電位器同步工作，并保持相同的電阻。選擇數字電位器時，通常需要知道電位器的上電初始狀態。
４ 結論
數字電位器與機械式電位器相比，除可靠性外，還占用空間較小。另外，由于減小了寄生參數，因而具有較強的抗干擾能力。數字電位器幾乎可以在所有應用中替代機械式電位器，以減輕設計人員和最終用戶的負擔。但使用數字電位器時需要注意其溫度系數（ＴＣ）指標，而且對于大多數數字電位器，必需給出兩個不同的ＴＣ指標：一個是端至端ＴＣ，表示電阻隨溫度的絕對變化量，另一個ＴＣ參數指的是比例ＴＣ。數字電位器通常用作分壓器，這些應用對絕對阻值的要求并不嚴格，特別是比例應用。一個比例ＴＣ為５ｐｐｍ的數字電位器便可以在整個溫度范圍內提供非常穩定的增益配置。而用于可編程增益放大器（ＰＧＡ）和儀表放大器（ＩＡ）的數字電位器一般需要較高的精度，這些應用一般要求比例系數的容差（精度）在－４０℃～＋８５℃范圍內優于０．０２５％。??
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