デジタルポテンショメータは、機械式ポテンショメータと同様に、外部入力によって値を変更できる抵抗器です。違いは、アナログポテンショメータは制御シャフトの回転位置によって制御されるのに対し、デジタルポテンショメータの抵抗はデバイスに提示されるデジタル入力によって決定されることです。機械式またはアナログ式のポテンショメータとは異なり、デジタルポテンショメータは連続的に可変ではなく、段階的にのみ値を変更します。また、処理できる電流量も非常に限られているため、オペアンプのゲインを制御するためのオペアンプのフィードバック ループやその他の同様の低電流環境でよく使用されます。
抵抗器ラダー
デジタルポテンショメータ の重要な要素は抵抗ラダーです。これは、等しい値の一連の抵抗が直列に接続されたものです。
図1: デジタルポテンショメータのブロック図。(出典: アナログ・デバイセズ)
前述の例では、抵抗ラダーは7つの抵抗で構成されています。各抵抗器が1,000オームの場合、端子Bから端子Aまでの合計抵抗は7,000オームになります。ユニットの調整可能な要素はワイパーです。
7つの抵抗器間の6つの接合点のそれぞれに、ワイパーに接続するスイッチがあります。さらに、ワイパーを端子AまたはBに接続するためのスイッチが2つあります (選択した場合)。ワイパー スイッチは一度に1つしか作動できないことに留意することが重要です。したがって、この例では、端子Bと端子Aに対するワイパーの抵抗は、0から7,000まで1,000オーム単位で調整可能になります。「3-To-8デコーダ」に注意してください。Nビットのデジタル ワードは2^Nの選択肢にデコードでき、2^3は8です。これらの8つの可能な数字のそれぞれが、8つのスイッチのうちのどのスイッチが一度に作動するかを一意に定義します。
2つの端子とワイパーを使用して電圧分割器を実装することにより、デジタルポテンショメータを音量コントロールとして使用できることがすぐにわかります。ワイパーと端子AまたはBのみを使用することで、シンプルな可変抵抗器が実現します。
デジタルポテンショメータはどのように機能しますか?
一部のデジタルポテンショメータは、電源投入時にワイパーの位置をラダーの中央、またはデータシートで定義された他のポイントに割り当てます。多くの場合、デバイスには、前回の電源オフ時のユニットの最後の位置を記憶するのに十分な EEPROM が含まれています。抵抗器をワイパーに接続する実際のスイッチは、図に示すように、通常、デバイス内のCMOSに実装されます。
もちろん、さまざまなデジタルポテンショメータをさまざまな方法で制御できます。よく知られているシリアル ペリフェラル インターフェイス (SPI) バスは、シンプルなI2Cシリアル バスと同様に、人気のある選択肢です。後者には、クロック用とデータ用の2つの入力のみが必要です。
ポテンショメータのピン
Analog Devices AD5160BRJZ50 は、2.9 mm x 1.6 mmの小型パッケージに収まる8ピン デジタル ポテンショメータです。ピン数とスペースを節約するため、このデバイスにはEEPROMが含まれず、パラレル デジタル インターフェイスではなくSPIバスが採用されています。データシートには、AD5160ファミリのデバイスが記載されています。このグループのすべてのメンバーには、255個の個別の抵抗器で構成された抵抗器ラダーが含まれています。
図2: Analog DevicesのAD5160。(出典: アナログ・デバイセズ)
チップはピン6で選択されます。クロックはピン4で入力され、ワイパーの位置を選択するデータはピン5で入力されます。端子AとBはピン7と8でアクセスされ、ワイパーはピン1でアクセスされます。
小型の機械装置を作製して、デジタルポテンショメータの制御に使用できる電気パルスを生成することができます。これにより、マイクロコントローラ経由だけでなく、人間による制御が可能になります。これらは、旧式の機械式ポテンショメータ単体よりもわずかに大きいデバイスに組み込むことがよくあります。