使用数字电位计进行设计时要记住的技巧

本文讨论使用数字电位计进行设计时出现的一些关键问题和常见问题。主题包括游标电流（及其如何影响动态范围）、游标电压和温度系数。还包括有关如何减少或消除不需要的错误的提示。

本文重点介绍使用数字电位器进行设计时需要解决的一些关键问题。

配置

使用数字电位器时最大的问题之一是是在真正的电位计（三端子）还是可变电阻（两端子）配置中使用它。这些配置的电路如图1和图2所示。这些电路中的每一个都有优点和缺点。

图1.三端子配置。

首先，如果可能，通常最好在真正的电位计配置下使用该器件。这样做有几个优点，其中最重要的是设计人员可以控制雨刮器上的负载。当作为电位计连接时，该器件采用三端子配置，如图1所示。通过将游标连接到高阻抗节点，流过游标的电流可以保持在非常低的水平。

图2.双端子配置。

相比之下，从可变电阻或双端子配置来看，游标现在可能需要承载大量电流。当游标靠近电位器的高侧且电位器的低侧接地并连接到游标时，尤其如此，如图2所示。根据施加到电位器的电压和游标电阻，设计人员必须注意不要超过输入/输出V的最大额定电流H和 VW在这些条件下。

游标电流

一旦考虑到这个问题，在上述任一配置中，通过游标消耗大量电流还涉及其他一些问题。作为参考，谈论“显着”电流是指数百微安和高达 1mA 的值。根据所选的电位计，游标的电阻可能从几十Ω到超过1Kohm不等。如果通过1Kohm游标吸收1mA电流，则游标两端产生的压降为1V！这可能会严重限制所需输出信号的动态范围，因此请明智地进行设计。

游标电压和温度系数

涉及游标的另一个设计复杂性是游标电压系数引起的输出误差。游标由CMOS开关组成，因此具有相同的特性，即相对于施加的电压变化电阻。这意味着，当游标上的电压变化时，无论是由于游标位置的变化还是由于施加的交流信号，游标本身的电阻都会非线性变化。因此，流过游标的任何大电流都会由于游标非线性变化电阻两端的压降而导致失真和输出误差。

在精密应用中，游标的另一个特性可能会导致细微误差，那就是其相关的温度系数。数字电位器数据手册通常规定相对于电阻串本身的温度系数。但是，该规格并未给出与游标电阻相关的温度系数的任何指示。此特定规格通常未在数据手册中列出。然而，由于游标由CMOS开关组成，因此通常可以假设其温度系数约为300ppm/C。由于游标电阻通常比总电位电阻小，因此该误差很小，但如果存在高游标电流，在某些应用中仍可能很明显。

至于电位器的整体温度系数，该规格通常以绝对值和比例值给出。绝对温度系数远高于比率式温度系数，最好在图2的双端子配置中得到体现。

在这里，电位器高压侧和游标之间的电阻将随器件额定温度范围内的绝对温度系数值而变化。然而，在图1的三端电路中，电位器高端和游标之间的电阻随温度变化的速率与游标和电位器低端之间的电阻变化速率大致相同。这使得电阻分压器更加稳定，并被指定为比率温度系数。

如图所示，数字电位计的输出信号误差可能涉及多种因素。当游标以双端子配置接近H端子时，这些误差变得更加明显。在这里，游标电阻直接添加到所需的电阻上，甚至可能大于所需的电阻设置，具体取决于总电位电阻的值和电位器的分辨率。

在许多应用中，热和各种游标特性造成的误差微不足道。当用于调整电源或与LCD显示器的对比度时，所有这些误差源可能并不重要，但在某些温度敏感和精密应用中，它们值得考虑。

解决上述所有问题的一种方法是尽可能使用三端配置的数字电位计，并用运算放大器缓冲游标。该电路将确保游标电流等效于运算放大器的输入偏置电流。通过使用具有皮安输入偏置电流规格的运算放大器，几乎消除了由于游标电阻值或游标电阻值变化引起的任何误差。有时这种解决方案看起来不合适，特别是在跨阻放大器中，电位器用作可变反馈电阻。但是，如图3所示，使用Tee网络作为反馈电阻，设计人员可以在三端子配置中使用电位器，并利用其优势。因此，在您的设计中要有创意，因为通常有一种方法可以使用真正的三端子形式的数字电位器。如果首选或需要双端子电路，请仔细考虑任何热和游标误差（如果您的设计标准允许）。

图3.用于PIN跨阻放大器的TEE网络。

审核编辑：郭婷