數字可調電位器，也稱為數字電位計或digpots，正在取代所有電子系統中的老式機械版本，而不僅僅是在更知名的音頻應用中。數字電位器是數模轉換器（DAC）的更簡單、更便宜的版本，以可變電阻的形式產生模擬輸出。數字方法有易失性和非易失性兩種類型，具有許多優點。數字電位器對灰塵、污垢和濕氣不敏感，如果它們侵入，可能會殺死機械部件。

介紹

數字電位計比機械電位計可靠得多。數字電位器可以輕松保證 50，000 次寫入周期，而機械部件的寫入周期僅為幾千次，有時甚至只有幾百次。數字電位器分辨率范圍從 32 步（5 位）到 256 步（8 位）等。對于LCD顯示器對比度和其他動態范圍不重要的應用，低分辨率是可以接受的。最近的高分辨率數字電位器非常適合在某些音頻和高保真應用中實現高達90dB的典型動態范圍。

非易失性

對于某些應用，數字電位器需要非易失性存儲器功能。這兩種器件類型（易失性和非易失性存儲器）在市場上都已得到很好的應用。非易失性數字電位器與其機械電位器最相似，因為它保留電阻值，而與外部條件（例如是否存在電源電壓）無關。

具有非易失性存儲器的數字電位器廣泛用于音頻設備，因為即使電源完全關閉，內部存儲值也能保證上電后始終相同的電阻設置。

MAX5427/MAX5428/MAX5429系列數字電位器具有獨特的編程功能。每個器件都具有一次性可編程 （OTP） 功能，可將游標的上電復位 （POR） 位置設置為用戶定義的值。（游標位置保持可調，但在上電時始終返回到編程位置。作為替代方案，OTP 功能允許您禁用接口并將游標永久鎖定在所需位置，從而防止進一步調整。因此，該器件成為固定電阻分壓器，而不是電位計。

音頻注意事項

電子電位器提供對數和線性函數。對數電位計通常用于調節高保真音頻中的音量，因為對數電位器的每一步都會為非線性人耳產生音量的線性變化。當今高度集成的數字電位器在單個芯片中提供多達六個獨立的電位計。因此，這些電位器還支持許多需要多個聲道的音頻應用，例如立體聲和杜比環繞聲系統。

對于音頻，特別是對于低衰減（32級）數字電位器，必須特別注意步進游標轉換。如果游標未在0V時準確切換，則音頻中可能包含惱人的咔嗒聲和爆裂聲（圖1）。幸運的是，某些新一代數字電位器具有一種稱為過零檢測的功能，可減少游標轉換期間產生的可聞噪聲。內部過零和超時電路可確保游標僅在檢測到過零 （0V） 或 50ms 延遲（以先到者為準）后改變位置。

圖1.在 0V 電平切換對可聽見咔嗒聲和爆裂聲的影響。

除了上述模擬域考慮因素外，每個數字電位器都有一個數字接口。大多數可通過傳統的串行接口（如 I2C 或 SPI?，有些提供有用的上/下界面。

更好的性能

與機械電位計相比，數字電位器還具有另一個性能優勢。數字可調電位器現在可以直接安裝在信號路徑中的電路板上，從而消除了與電子控制裝置進行復雜而昂貴的機械集成的需要。數字電位器提高了電噪聲的抑制能力，并消除了連接機械電位計所需的電纜所拾取的干擾。

傳統的數字電位計不需要大量的解釋，因為它們直接替代傳統的機械電位器，并以類似的方式工作。盡管如此，特定于應用程序的設備，例如為低成本立體聲音量控制而設計的設備，值得一些評論。針對特定應用的音頻設備通常在寬電壓范圍內工作，以適應各種音頻信號。它們通常是對數錐度裝置，其中每步的衰減分貝數隨著步數的增加而增加，從而更好地再現人耳的反應。有時，該器件包括靜音功能，該功能會進一步衰減大量信號（例如，30dB）。

溫度問題

數字電位計的典型特性之一是在額定溫度范圍內指定的溫度系數（TC）。大多數電位計必須指定兩種不同的TC。首先，絕對端到端TC是一個大值，表示電阻隨溫度的絕對變化，計算公式為：

ΔR = R取消計算× TC × ΔT/106

其中：
R取消計算是未補償電阻值，TC是溫度系數，

ΔT是溫度變化。

因此，例如，電阻為20kΩ、絕對TC為35ppm的數字電位計在35°C溫度范圍內將表現出0Ω（2.50%）的變化。此外，20kΩ端到端電阻的初始值可能會有很大差異;范圍為15kΩ至25kΩ。在這種情況下，32個增量（步進）的電阻值范圍為470Ω至780Ω。當然，這種變化遠高于絕對TC偏差。

第二種類型的TC是比率公制TC。電位計通常用作分壓器，特別是在絕對電阻值遠不如絕對TC和階躍變化重要的比例公制應用中。例如，比率公制TC僅為5ppm，將允許非常穩定的配置，以實現溫度范圍內的可調增益。

高分辨率應用

可編程增益放大器 （PGA） 和儀表放大器 （IA） 中的數字電位計比標準可調電路中使用的數字電位計需要更高的精度（圖 2）。這些應用通常需要在?0°C至+025°C范圍內低至40.85%的分壓比容差（精度）。

圖2.運算放大器和數字電位計（下部IC）共同實現精密、可編程增益放大器（PGA）。

結論

與機械電位計相比，數字電位計具有許多顯著優勢。除了提高可靠性外，由于寄生效應減少和對噪聲的敏感性降低，它們使用的空間更小，并且具有更好的電氣性能。數字電位器幾乎可以在所有應用中取代機械類型，從而使設計人員和最終用戶能夠享受相關優勢。

審核編輯：郭婷