数字电位器取代机械电位器

数字可调电位器，也称为数字电位计或digpots，正在取代所有电子系统中的老式机械版本，而不仅仅是在更知名的音频应用中。数字电位器是数模转换器（DAC）的更简单、更便宜的版本，以可变电阻的形式产生模拟输出。数字方法有易失性和非易失性两种类型，具有许多优点。数字电位器对灰尘、污垢和湿气不敏感，如果它们侵入，可能会杀死机械部件。

介绍

数字电位计比机械电位计可靠得多。数字电位器可以轻松保证 50，000 次写入周期，而机械部件的写入周期仅为几千次，有时甚至只有几百次。数字电位器分辨率范围从 32 步（5 位）到 256 步（8 位）等。对于LCD显示器对比度和其他动态范围不重要的应用，低分辨率是可以接受的。最近的高分辨率数字电位器非常适合在某些音频和高保真应用中实现高达90dB的典型动态范围。

非易失性

对于某些应用，数字电位器需要非易失性存储器功能。这两种器件类型（易失性和非易失性存储器）在市场上都已得到很好的应用。非易失性数字电位器与其机械电位器最相似，因为它保留电阻值，而与外部条件（例如是否存在电源电压）无关。

具有非易失性存储器的数字电位器广泛用于音频设备，因为即使电源完全关闭，内部存储值也能保证上电后始终相同的电阻设置。

MAX5427/MAX5428/MAX5429系列数字电位器具有独特的编程功能。每个器件都具有一次性可编程 （OTP） 功能，可将游标的上电复位 （POR） 位置设置为用户定义的值。（游标位置保持可调，但在上电时始终返回到编程位置。作为替代方案，OTP 功能允许您禁用接口并将游标永久锁定在所需位置，从而防止进一步调整。因此，该器件成为固定电阻分压器，而不是电位计。

音频注意事项

电子电位器提供对数和线性函数。对数电位计通常用于调节高保真音频中的音量，因为对数电位器的每一步都会为非线性人耳产生音量的线性变化。当今高度集成的数字电位器在单个芯片中提供多达六个独立的电位计。因此，这些电位器还支持许多需要多个声道的音频应用，例如立体声和杜比环绕声系统。

对于音频，特别是对于低衰减（32级）数字电位器，必须特别注意步进游标转换。如果游标未在0V时准确切换，则音频中可能包含恼人的咔嗒声和爆裂声（图1）。幸运的是，某些新一代数字电位器具有一种称为过零检测的功能，可减少游标转换期间产生的可闻噪声。内部过零和超时电路可确保游标仅在检测到过零 （0V） 或 50ms 延迟（以先到者为准）后改变位置。

图1.在 0V 电平切换对可听见咔嗒声和爆裂声的影响。

除了上述模拟域考虑因素外，每个数字电位器都有一个数字接口。大多数可通过传统的串行接口（如 I2C 或 SPI™，有些提供有用的上/下界面。

更好的性能

与机械电位计相比，数字电位器还具有另一个性能优势。数字可调电位器现在可以直接安装在信号路径中的电路板上，从而消除了与电子控制装置进行复杂而昂贵的机械集成的需要。数字电位器提高了电噪声的抑制能力，并消除了连接机械电位计所需的电缆所拾取的干扰。

传统的数字电位计不需要大量的解释，因为它们直接替代传统的机械电位器，并以类似的方式工作。尽管如此，特定于应用程序的设备，例如为低成本立体声音量控制而设计的设备，值得一些评论。针对特定应用的音频设备通常在宽电压范围内工作，以适应各种音频信号。它们通常是对数锥度装置，其中每步的衰减分贝数随着步数的增加而增加，从而更好地再现人耳的反应。有时，该器件包括静音功能，该功能会进一步衰减大量信号（例如，30dB）。

温度问题

数字电位计的典型特性之一是在额定温度范围内指定的温度系数（TC）。大多数电位计必须指定两种不同的TC。首先，绝对端到端TC是一个大值，表示电阻随温度的绝对变化，计算公式为：

ΔR = R取消计算× TC × ΔT/106

其中：
R取消计算是未补偿电阻值，TC是温度系数，

ΔT是温度变化。

因此，例如，电阻为20kΩ、绝对TC为35ppm的数字电位计在35°C温度范围内将表现出0Ω（2.50%）的变化。此外，20kΩ端到端电阻的初始值可能会有很大差异;范围为15kΩ至25kΩ。在这种情况下，32个增量（步进）的电阻值范围为470Ω至780Ω。当然，这种变化远高于绝对TC偏差。

第二种类型的TC是比率公制TC。电位计通常用作分压器，特别是在绝对电阻值远不如绝对TC和阶跃变化重要的比例公制应用中。例如，比率公制TC仅为5ppm，将允许非常稳定的配置，以实现温度范围内的可调增益。

高分辨率应用

可编程增益放大器 （PGA） 和仪表放大器 （IA） 中的数字电位计比标准可调电路中使用的数字电位计需要更高的精度（图 2）。这些应用通常需要在−0°C至+025°C范围内低至40.85%的分压比容差（精度）。

图2.运算放大器和数字电位计（下部IC）共同实现精密、可编程增益放大器（PGA）。

结论

与机械电位计相比，数字电位计具有许多显著优势。除了提高可靠性外，由于寄生效应减少和对噪声的敏感性降低，它们使用的空间更小，并且具有更好的电气性能。数字电位器几乎可以在所有应用中取代机械类型，从而使设计人员和最终用户能够享受相关优势。

审核编辑：郭婷