I potenziometri digitali, come le relative controparti meccaniche, sono resistori di cui è possibile modificare i valori tramite un ingresso esterno. La differenza consiste nel fatto che i potenziometri analogici sono controllati dalla posizione rotazionale di un albero di controllo, mentre la resistenza di un potenziometro digitale è stabilita da un ingresso digitale nel dispositivo. A differenza delle controparti meccaniche o analogiche, i potenziometri digitali non sono costantemente variabili, ma cambiano valore solo per incrementi. Presentano inoltre limiti nella quantità di corrente che sono in grado di gestire. Per questo motivo, sono spesso utilizzati nei loop di feedback degli amplificatori operazionali per controllare il guadagno degli op amp e in altri ambienti simili a bassa corrente.
La scala del resistore
L'elemento chiave di un potenziometro digitale è la scala del resistore, ovvero una serie di resistori di pari valore collegati in serie.
Figura 1: Diagramma a blocchi del potenziometro digitale. (Fonte: Analog Devices)
Nell'esempio indicato sopra, la scala del resistore si compone di sette resistori. Se ogni resistore fosse di 1.000 ohm, la resistenza totale dal Terminale B al Terminale A, sarebbe di 7.000 ohm. L'elemento regolabile dell'unità è il cursore.
In corrispondenza delle sei giunzioni fra i sette resistori si trova un interruttore, collegato al cursore. Se lo si desidera, sono disponibili anche due ulteriori interruttori per collegare il cursore al terminale A o B. È importante ricordare però che può essere attivato solo un interruttore del cursore alla volta. Pertanto, la resistenza del cursore rispetto al terminale B e al terminale A sarebbe, in questo esempio, regolabile con incrementi di 1.000 ohm, da 0 to 7.000. Notare il "decoder da 3 a 8". Una parola digitale di N-bit può essere decodificata in 2ˆN modi e 2ˆ3 equivale a 8. Ciascuno di questi otto possibili numeri definisce in modo univoco quale degli otto interruttori può essere attivato in un dato momento.
È facile vedere che utilizzando i due terminali e il cursore per implementare un divisore di tensione, il potenziometro digitale può essere utilizzato come controllo del volume. Utilizzando il cursore e il terminale A o B, si rende disponibile un semplice resistore variabile.
Posizionamento
All'accensione, alcuni potenziometri digitali si limitano a posizionare il cursore al centro della scala o in un altro punto definito nella scheda dati. Spesso, il dispositivo includerà un numero sufficiente di EEPROM per ricordare l'ultima posizione dell'unità al momento dell'ultimo spegnimento. Gli interruttori effettivi che collegano i resistori al cursore sono in genere implementati in CMOS all'interno del dispositivo, come illustrato nello schema.
Ovviamente, i vari potenziometri digitali possono essere controllati in molti modi diversi. Il noto bus SPI (Serial Peripheral Interface) rappresenta una delle scelte più comuni, come il bus seriale I2C. Quest'ultimo richiede solo due ingressi, uno per il clock e uno per i dati.
Il modello Analog Devices AD5160BRJZ50 è un potenziometro digitale a 8 pin che può essere inserito in una confezione da 2,9 mm x 1,6 mm. Per risparmiare sul numero di pin e sullo spazio, questo dispositivo non include EEPROM, utilizza il bus SPI e non un interfaccia digitale parallela. La scheda dati illustra la famiglia AD5160 di dispositivi. Tutti i membri di questo gruppo includono una scala di resistori composta da 255 resistori separati.
Figura 2: AD5160 di Analog Devices. (Fonte: Analog Devices)
Il chip viene selezionato con il pin 6. Il clock viene immesso con il pin 4 e i dati di selezione del cursore con il pin 5. L'accesso ai terminali A e B viene effettuato sui pin 7 e 8, mentre quello del cursore sul pin 1.
I dispositivi meccanici di dimensioni ridotte possono essere personalizzati per creare impulsi elettrici per il controllo di un potenziometro digitale. Ciò ne consente il controllo da parte degli operatori e non solo dai microcontroller. Spesso vengono inseriti in dispositivi di dimensioni leggermente superiori a quelle delle versioni meno recenti di un potenziometro meccanico.