作者：David Rice and Joseph Creech

本文將詳細介紹如何將數字電位計與其他組件一起使用，重點介紹每個用例的重要考慮因素和規格，以確保設計人員獲得最佳系統性能。本文將討論將數字電位計與其他元件（如運算放大器）結合使用以創建靈活的多用途系統時應考慮的重要設計考慮因素和規格。還將探討數字電位計與傳統電位計設計相比的優缺點。本文還將使用大量真實示例來演示數字電位計如何比更傳統的替代解決方案提供顯著改進。例如，在運算放大器中使用數字電位計作為反饋電阻，允許運算放大器的增益根據輸入信號的幅度交替。

數字電位計是數字控制的可變電阻器，可用于代替功能等效的機械對應電阻器。雖然數字電位計提供的功能與機械電位計相當，但在許多設計中，與數字電位計相關的規格、可靠性和可重復性更勝一籌。電位計可用于通過改變器件的電阻來調節電壓或電流。然后，當與其他元件（如運算放大器）結合使用時，該調整可用于設置不同的電平或增益。使用數字電位計等可變元件，設計人員可以設計出靈活和多功能的系統。例如，在運算放大器中使用數字電位計作為反饋電阻，允許運算放大器的增益根據輸入信號的幅度交替。這為設計人員提供了減少元件（如多個運算放大器）的優勢，同時最大限度地提高系統可以工作的輸入信號類型，同時減小PCB尺寸。數字電位計在小尺寸內提供多種功能。

數字電位計與機械電位計

數字電位計和機械電位計具有相似之處，因此可以在許多應用中互換。兩者都是可調的，提供廣泛的端到端電阻，并解決了用戶對可調電阻的要求。與數字電位計相比，機械電位計的一些優勢包括能夠承受更大的電壓、更大的載流能力和更大的功耗。然而，由于機械電位計的設計，隨著時間的推移，它們容易出現性能變化和可靠性問題。它們對沖擊和振動更敏感，機械刮水器接觸電阻會因氧化、老化和磨損而發生變化。這會縮短機械電位計的使用壽命。數字電位計由多個CMOS傳輸門組成（見圖1）。由于沒有機械元件，數字電位計具有抗沖擊、磨損、老化和接觸的彈性。

圖1.數字電位計—內部結構。

使用數字電位計時應考慮的事項

與所有組件一樣，在為您的應用選擇正確的組件時，需要考慮一些因素。每個規范的重要性排名將取決于最終用途和其他系統考慮因素。

表 1.選擇數字電位計時的重要考慮因素

了解這些考慮因素的最佳方法是了解它們如何影響特定應用中數字電位計的選擇。因此，我們現在將更詳細地研究數字電位計的兩個重要用例。

數字電位計常用的一些應用如下：

直流和交流信號衰減器

改變運算放大器的增益

如何使用數字電位器作為衰減器

數字電位計可用于仿真簡單的低分辨率數模轉換器（DAC）。圖 2 顯示了此設置以及一些常見的術語。端到端電阻定義為RAB，即端子A和B之間的電阻。嗖嗖和 R工 務 局參考游標和端子之間的電阻。傳遞函數也如圖2所示。

圖2.數字電位計作為低分辨率DAC。

對于此設置，在選擇數字電位計時需要注意三個關鍵參數。電源電壓范圍、數字電位計分辨率和線性度。

電源電壓1和分辨率2這些規格涵蓋了數字電位計可以通過的輸入范圍以及可以實現的不同電阻電平的數量，因此是重要的考慮因素。數字電位計的線性度的指定方式與使用INL（積分非線性）和DNL（數字非線性）的DAC類似。INL是指實際數字電位器與從零電平到滿量程的理想直線的最大偏差。DNL是指連續代碼的輸出和理想傳遞函數之間的差異。

對于交流應用，與直流電源相同的參數也適用（電源電壓范圍、分辨率和線性度）?？傊C波失真（THD）和帶寬也是應考慮的關鍵因素。

如何使用數字電位計創建可變增益運算放大器

數字電位計在改變運算放大器增益方面非常有用。Rb/Ra的增益比可以使用數字電位計精確設置和改變。利用增益控制的應用包括音量控制、傳感器校準和LCD屏幕的對比度/亮度。但是，在配置過程中必須考慮許多數字電位計特性。

當數字電位計在電位計模式下使用時，當電阻從零電平增加到滿量程時，必須了解數字電位計的傳遞函數。作為R之間的電阻嗖嗖增加，RBW減少，這將產生對數傳遞函數。對數傳遞函數更適合人耳和眼睛反應（圖3（a））。

如果應用需要線性響應，數字電位計可以通過在變阻器模式下使用數字電位計（圖3（b））、游標DAC配置（圖3（c））或通過線性增益設置模式（ADI digiPOT+系列產品（如AD5144）獨有的特性）進行線性化（圖3（d））。

圖3.電位計配置。

帶分立電阻器的變阻器模式

在變阻器模式下使用數字電位計并將其與分立電阻串聯，輸出可以線性化（圖 3（b））。這是一個簡單的設計，但是，需要考慮一些設計考慮因素以保持系統精度。

出于不同的原因，機械和數字電位計都有電阻容差。對于機械電位計，由于難以實現可重復值，容差可能會有所不同。對于數字電位計，由于制造過程而存在公差，但與機械電位計相比，其值的可重復性要高得多。

分立式表面貼裝電阻的失調可能小至1%，但某些數字電位計的端到端電阻容差可達20%。正是這種不匹配可能導致分辨率損失，并且可能是一個重大問題，特別是在開環應用中，監控無法補償誤差。在可以監控的情況下，數字電位計的內置靈活性允許簡單的校準程序來調整數字電位計的游標位置并調整任何偏移。

ADI公司的數字電位計產品組合的額定容差從20%到1%不等，以滿足最嚴格的精度和準確度要求。一些數字電位計，如AD5258/AD5259，在出廠時測試容錯，并將結果存儲在用戶可訪問的存儲器中，以便在生產時進行電阻匹配。

線性增益設置模式

最后一種方法是ADI公司digiPOT+產品組合獨有的線性增益設置模式。圖 3（d） 顯示了實現的專利架構如何允許對每個字符串 R 的值進行獨立編程嗖嗖和 R工 務 局.使用此模式允許通過固定一個字符串的輸出（R工 務 局） 并設置另一個字符串 （R嗖嗖).此操作類似于使用帶分立電阻的變阻器模式數字電位計。但是，總容差誤差小于1%，沒有任何額外的并聯或串聯電阻組合。

這是由于電阻誤差造成的，因為它在兩個電阻串陣列中都很常見，可以忽略不計。圖4顯示，在較高代碼下，兩個電阻之間的失配誤差很小。在低于四分之一量程的代碼中，失配確實會增加到±1%以上，但這是由于內部CMOS開關電阻的影響增加了誤差，這是不容忽視的。

圖4.10k 電阻匹配錯誤。

為什么內存對應用程序很重要

當使用數字電位計設置電路中的電平或校準傳感器和增益設置時，數字電位計的上電狀態對于確保準確和快速的配置非常重要。數字電位計提供多種選項，以確保器件在用戶的首選狀態下上電。數字電位計分為兩類：

非易失***件具有片上存儲器元件，用于存儲用戶選擇的游標位置，以便在上電時進行配置。

易失***件沒有可編程存儲器，而是根據器件配置，器件以零電平、中間電平或滿量程為游標位置上電。有關完整詳細信息，請參閱每個產品的數據手冊。

在非易失性數字電位計分類中，還有其他選項：

電丙胺

一次性可編程 （OTP）

多次可編程 （MTP）

多種存儲器選項允許根據特定系統定制數字電位計選擇。例如，對于需要不斷調整的系統，可以使用易失性數字電位計。對于只需要在工廠測試中進行校準的系統，可以使用OTP電位計。EEPROM數字電位計可用于保持最后一個游標位置，以便在上電時，數字電位計將返回到上一個狀態，并且可以在上電后根據需要繼續調整。

總結

如前所述，數字電位計可用于創建易于使用的可調信號鏈，取代機械電位計，從而提高規格、可靠性和PCB面積。通過考慮上述考慮因素，可以實現這些改進并減少系統設計考慮。

審核編輯：郭婷