什么是數字電位器
數字電位器（DigitalPotenTIometer）亦稱數控可編程電阻器，是一種代替傳統機械電位器（模擬電位器）的新型CMOS數字、模擬混合信號處理的集成電路。數字電位器由數字輸入控制，產生一個模擬量的輸出。依據數字電位器的不同，抽頭電流最大值可以從幾百微安到幾個毫安。數字電位器采用數控方式調節電阻值的，具有使用靈活、調節精度高、無觸點、低噪聲、不易污損、抗振動、抗干擾、體積小、壽命長等顯著優點，可在許多領域取代機械電位器。
數字電位器的特點
?數字電位器的特點是：壽命長（因無機械觸點）、工作可靠、性能穩定、耐振動、體積小，能和數字電路或單片機靈活地結合在一起。
數字電位器工作原理
?由于數字電位器可代替機械式電位器，所以二者在原理上有相似之處。數字電位器屬于集成化的三端可變電阻器件其等效電路，如圖1所示。當數字電位器用作分壓器時，其高端、低端、滑動端分別用VH、VL、VW表示；而用作可調電阻器時，分別用RH、RL和RW表示。
圖2所示為數字電位器的內部簡化電路，將n個阻值相同的電阻串聯，每只電阻的兩端經過一個由MOS管構成的模擬開關相連，作為數字電位器的抽頭。這種模擬開關等效于單刀單擲開關，且在數字信號的控制下每次只能有一個模擬開關閉合，從而將串聯電阻的每一個節點連接到滑動端。
數字電位器的數字控制部分包括加減計數器、譯碼電路、保存和恢復控制電路和不揮發存儲器等4個數字電路模塊。利用串入、并出的加／減計數器在輸入脈沖和控制信號的控制下可實現加／減計數，計數器把累計的數據直接提供給譯碼電路控制開關陣列，同時也將數據傳送給內部存儲器保存。當外部計數脈沖信號停止或片選信號無效后，譯碼電路的輸出端只有一個有效，于是只選擇一個MOS管導通。
數字控制部分的存儲器是一種掉電不揮發存儲器，當電路掉電后再次上電時，數字電位器中仍保存著原有的控制數據，其中間抽頭到兩端點之間的電阻值仍是上一次的調整結果。因此，數字電位器和機械式電位器的使用效果基本相同。但是由于開關的工作采用“先連接后斷開”的方式，所以在輸入計數有效期間，數字電位器的電阻值和期望值可能會有一定的差別，只有在調整結束后才能達到期望值。
從圖2可以看出，數字電位器和機械式電位器有2個重要區別：1）調整過程中，數字電位器的電阻值不是連續變化的，而是在調整結束后才具有所希望的輸出。這是因為數字電位器采用MOS管作為開關電路，并且采用“先開后關”的控制方法：2）數字電位器無法實現電阻的連續調整，而只能按數字電位器中電阻網絡上的最小電阻值進行調整。
數字電位器應用范圍
數字電位器正在國內外迅速推廣，并大量應用于檢測儀器、PC、手機、家用電器、現代辦公設備、工業控制、醫療設備等領域。例如：電冰箱、程控機、電源、功率表、自動檢測設備、光纖網絡、調節LCD顯示屏、電壓控制、取代機械式電位器、匹配線性阻抗、調節VCOM設置。
數字電位器在電壓電阻轉換中的應用
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1利用兩路數字電位器提供了一個簡單的轉換方案。圖1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10K2，抽頭數為32，那么，當滑動輸出端電阻設置在5kQ時，輸出電阻將隨時鐘在5kQ和5 .3125k2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。
數字電位器在氣體檢測電路的應用
本電路使用雙變阻數字電位器MCP42X2，其最大阻值可達100K歐。電路如下圖
電路采用16位高精度AD轉換芯片，AD值從0到65535。理論上，氣體零點標定的時AD值為0，達到100%量程時AD值為65535；實際上，零點標定時AD值不一定能調整到0，這樣就需要結合軟件調零，既通過記錄下零點標定時的AD值，在計算濃度值的時候將當前濃度AD值減去零點AD值就可以了。所以，零點標定時只需調整數字電位器將AD值調制一個較低范圍就可以了。而量程標定時，不一定在100%量程濃度的氣體下進行，只需在軟件中計算當前實際標定濃度對應的AD值，并調整數字點位器使放大倍數滿足AD采樣到的AD值接近該AD值既可。
零點標定：0《AD0《0XFFFF*1%
量程標定：（當前濃度/量程）*0XFFFF*80%《AD1《（當前濃度/量程）*0XFFFF
數字電位器選型指南
數字電位器選型主要考慮電位器的個數，滑片的數目即有多少級，電阻的阻值，有沒有緩沖觸頭，能否記憶掉電時的位置，封裝等等。 對于你的系統中如果需要多個數字電位器的話，可以考慮選型集成多個數字電位器的芯片，如CAT5221，CAT5241等； 如果你的系統要求電位器的分辨率要求比較高的話，可以選擇滑片數目多一些的電位器，比如CAT5251等，當然，也可以使用兩個數字電位器串聯達到這個目的； 對于帶緩沖器輸出的電位器，輸出是一個電壓值，而不是一個電阻值，所以如果用于運放反饋回路上的電阻的話，是不合適的，這個時候應該選擇不帶緩沖器的； 如果你的系統重新上電時，希望能阻值能夠恢復上一次掉電時的阻值，則要選擇非易失性的數字電位器； 對于變化的信號，還要考慮器件的頻率響應相關參數。
數字電位器與機械電位器相比最大的優點在于數字電位器的使用壽命。一般的機械電位器使用壽命較低，很多使用數千次后就出現磨損，失效等異常。而數字電位器一般以百萬次為單位。 通過將電位器中心抽頭與高端或低端相連，或使高端或低端浮空，數字電位器能配置成2端可變電阻。與數/模轉換器不同，數字電位器能將H端接最高電壓或最低電壓端。選用數字電位器時，用戶也需考慮具體的指標：線性或對數調節、抽頭數、抽頭級數、非易失存儲器、成本等。
數字電位器相關文章：