詳解數字電位器的原理與應用

　　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。數字電位器採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、不易汙損、抗振動、抗幹擾、體積小、壽命長等顯著優點，可在許多領域取代機械電位器。

　　數字電位器一般帶有總線接口，可通過單片機或邏輯電路進行編程。它適合構成各種可編程模擬器件，如可編程增益放大器、可編程濾波器、可編程線性穩壓電源及音調／音量控制電路，真正實現了「把模擬器件放到總線上」（即單片機通過總線控制系統的模擬功能塊）這一全新設計理念。

　　目前，數字電位器正在國內外迅速推廣，並大量應用於檢測儀器、PC、手機、家用電器、現代辦公設備、工業控制、醫療設備等領域。

　　1 基本工作原理

　　由於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。數字電位器屬於集成化的三端可變電阻器件其等效電路，如圖l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，每隻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。這種模擬開關等效於單刀單擲開關，且在數位訊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、解碼電路、保存與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、並出的加／減計數器在輸入脈衝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解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。當外部計數脈衝信號停止或片選信號無效後，解碼電路的輸出端只有一個有效，於是只選擇一個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，當電路掉電後再次上電時，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，數字電位器與機械式電位器的使用效果基本相同。但是由於開關的工作採用「先連接後斷開」的方式，所以在輸入計數有效期間，數字電位器的電阻值與期望值可能會有一定的差別，只有在調整結束後才能達到期望值。

　　從圖2可以看出，數字電位器與機械式電位器有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，而是在調整結束後才具有所希望的輸出。這是因為數字電位器採用MOS管作為開關電路，並且採用「先開後關」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。