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如何理解数字电位器

2018年01月23日 13:36 网络整理 作者: 用户评论(0

  数字电位器简介

  数字电位器也称为数控电位器,是一种用数字信号控制其阻值改变的器件(集成电路)。数字电位器与机械式电位器相比,具有可程控改变阻值、耐震动、噪声小、寿命长、抗环境污染等重要优点,因而,已在自动检测与控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等许多重要领域得到成功应用。但是,数字电位器额定阻值误差大、温度系数大、通频带较窄、滑动端允许电流小(一般1~3mA)等,这在很大程度上限制了它的应用。

  数字电位器产品特性

  1、采用传感器原理生产,具有良好的线性、精度和温度稳定性。

  2、采用软件实现功能,可以根据使用要求变化进行定制。

  3、工作方式为非接触,避免传统电位器的磨损,寿命长,可靠性高。

  4、由于取消了传统电位器中的电刷基片,有效行程达到360°,实现无盲区测量。

  5、输出信号类型多(0-5V/0-10V/4-20mA/串行数字信号输出),方便信号采集处理。

  6、可以通过软件实现有效行程和输出信号的变化,满足各种特殊要求。

  7、应用范围广,使用灵活。

如何理解数字电位器

  数字电位器原理介绍

  字电位器一般带有总线接口,可通过单片机或逻辑电路进行编程。它适合构成各种可编程模拟器件,如可编程增益放大器、可编程滤波器、可编程线性稳压电源及音调/音量控制电路,真正实现了“把模拟器件放到总线上”(即单片机通过总线控制系统的模拟功能块)这一全新设计理念。

  由于数字电位器可代替机械式电位器,所以二者在原理上有相似之处。数字电位器属于集成化的三端可变电阻器件其等效电路。当数字电位器用作分压器时,其高端、低端、滑动端分别用VH、VL、VW表示;而用作可调电阻器时,分别用RH、RL和RW表示。

  数字电位器的数字控制部分包括加减计数器、译码电路、保存与恢复控制电路和不挥发存储器等4个数字电路模块。利用串入、并出的加/减计数器在输入脉冲和控制信号的控制下可实现加/减计数,计数器把累计的数据直接提供给译码电路控制开关阵列,同时也将数据传送给内部存储器保存。当外部计数脉冲信号停止或片选信号无效后,译码电路的输出端只有一个有效,于是只选择一个MOS管导通。

  数字控制部分的存储器是一种掉电不挥发存储器,当电路掉电后再次上电时,数字电位器中仍保存着原有的控制数据,其中间抽头到两端点之间的电阻值仍是上一次的调整结果。因此,数字电位器与机械式电位器的使用效果基本相同。但是由于开关的工作采用“先连接后断开”的方式,所以在输入计数有效期间,数字电位器的电阻值与期望值可能会有一定的差别,只有在调整结束后才能达到期望值。

如何理解数字电位器

  数字电位器的优点

  优点一、数字电位器的使用寿命长,一般以百万次为单位。

  优点二、数字电位器能配置成2端可变电阻,可将电位器中心抽头与高端或低端相连,能将H端接最高电压或最低电压端。

  数字电位器的缺点

  缺点一、数字电位器受CMOS工艺的限制。

  缺点二、不能直接接负电源。

  缺点三、温度系数太大。

  缺点四、额定阻值差大。

  缺点五、通频带较窄。

  数字电位器和数模转换器的区别

  1、引言

  利用数字输入控制微调模拟输出有两种选择:数字电位器和数/模转换器(DAC),两者均采用数字输入控制模拟输出。通过数字电位器可以调整模拟电压;通过DAC既可以调整电流,也可以调整电压。电位器有三个模拟连接端:高端、抽头端(或模拟输出)和低端(见图1a)。DAC具有队应的三个端点:高端对应于正基准电压,抽头端对应于DAC输出,低端则可能对应于接地端或负基准电压端(见图1b)。

如何理解数字电位器

  DAC和数字电位器存在一些明显区别,最明显的差异是DAC通常包括一个输出放大器/缓冲器,而数字电位器却没有。大部分数字电位器需要借助外部缓冲器驱动低阻负载。有些应用中,用户可以轻易地在DAC和数字电位器之间做出选择;而有些应用中两者都能满足需求。本文对DAC和数字电位器进行了比较,便于用户做出最恰当的选择。

  2、数/模转换器

  DAC通常采用电阻串结构或R-2R阶梯架构,使用电阻串时,DAC输入控制着一组开关,这些开关通过匹配的一系列电阻对基准电压分压。对于R-2R阶梯架构,通过切换每个电阻对正基准电压进行分压,从而产生受控电流。该电流送入输出放大器,电压输出DAC将此电流转换成电压输出,电流输出DAC则将R-2R阶梯电流通过放大器缓冲后输出。如果选择DAC,还要考虑具体指标,如串口/并口、分辨率、输入通道数、电流/电压输出、成本等。对于注重速度的系统,可以选用并行接口;如果注重成本和尺寸,则可选用3线或2线串口,这种器件引脚数较少,可显着降低成本,而且,有些3线接口能达到26MHz的通信速率,2线接口能够达到3.4MHz的速率。DAC的另一个指标是分辨率,16位或18位DAC可以提供微伏级控制。例如,一个18位、2.5V基准的DAC,每个LSB对应于9.54μV,高分辨率对于工业控制(如机器人、发动机)产品极为重要。目前,数字电位器能够提供的最高分辨率是10位或1024抽头。数/模转换器的另一个优势是能够在单芯片内集成多路转换器,例如,MAX5733内置32路DAC,每路都能提供16位的分辨率。当前的数字电位器最多只能提供6个通道,如DS3930。

  DAC能够源出或吸入电流,为设计者提供更大的灵活性。例如,MAX555010位DAC通过内部放大器、P沟道MOSFET和上拉电阻能够提供高达30mA的输出驱动。而MAX554710位DAC结合放大器、N沟道MOSFET和下拉电阻可以提供3.6mA的吸电流。除电流输出外,一些DAC还可以与外部放大器连接提供额外的输出控制。因为数/模转换器通常内置放大器,成本要高于数字电位器。但随着新型DAC尺寸的缩小,成本差异也越来越小。

  3、数字电位器

  前面已谈到数字电位器可以通过数字输入控制电阻。图1a中的3端数字电位器实际上是一个固定端到端电阻的可调电阻分压器。通过将电位器中心抽头与高端或低端相连,或使高端或低端浮空,数字电位器能配置成2端可变电阻。与数/模转换器不同,数字电位器能将H端接最高电压或最低电压端。选用数字电位器时,用户也需考虑具体的指标:线性或对数调节、抽头数、抽头级数、非易失存储器、成本等。控制接口有递增/递减、按钮、SPI和I2C。

  与数/模转换器一样,数字电位器通过串口通信,包括I2C和SPI。此外,数字电位器还提供了2线的递增、递减接口控制。通常,DAC与数字电位器的显着区别在于数/模转换器内部带有输出放大器。通过该输出放大器可以驱动低阻负载。

  4、DAC/电位器的选择

  很多应用场合,用户可以轻易地在DAC和电位器之间做出选择。要求高分辨率的电机控制、传感器或机器人系统,需要选用DAC。另外,高速应用中,例如基站、仪表等对速度、分辨率要求较高,甚至需要并行接口的DAC。电位器的线性特性便于实现放大器反馈网络。相对于数/模转换器,对数电位器更适合音量调节。

  但在当前的许多应用中,DAC与数字电位器之间选择的界限比较模糊,图2中的DAC和数字电位器都可用于控制MAXl553LED驱动器。MAXll53亮度(BRT)输入的直流电压和检流电阻决定了LED的电流。

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( 发表人:姚远香 )

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