数字电位器就像同类机械一样,是可以通过外部输入改变电阻值的电阻器。不同点是,模拟电位器受控制轴的旋转位置控制,而数字电位器的电阻取决于向设备提供的数字输入。不像同类机械或模拟装置,数字电位器并不是持续变化的,而是只能通过数个步骤来改变电阻值。它们局限于所能处理的电流量,因此,它们绝大多数时候用于控制运算放大器增益的运算放大器反馈回路,以及其他相似的低电流环境。
电阻梯
数字电位器中的关键元件是电阻梯,电阻梯是串联在一起的电阻值相同的一系列电阻器。
图 1:数字电位器方框图。(来源:Analog Devices)
在上述的例子中,电阻梯包括 7 个电阻器。如果每个电阻器的电阻值为 1000 欧姆,那么终端 B 到终端 A 之间的总电阻将是 7000 欧姆。装置的可调整元件是滑臂。
在 7 个电阻器中间的 6 个接头处,每一个接头都有一个开关连接滑臂。如果选定,还有其他两个开关将滑臂与终端 A 或终端 B 连接在一起。因此,有必要记住:仅有一个滑臂开关可以在任何一次接合。因此,在这个例子中,就终端 B 和终端 A 而言,滑臂的电阻可以按每次 1000 欧姆从 0 滑动到 7000 欧姆。注意:“3-8 解码器”。一个 N 位数字数可以解码为 2^N 个数字,而 2^3 是 8。在 8 个可能的数字中,有一个数字可以唯一确定 8 个开关中的哪一个开关可以在任何一次接合。
很容易看到,通过使用两个终端和滑臂来运行电压分压器,数字电位器可以用于总量控制。通过使用滑臂和终端 A 或 B,即可形成一个简单的可变电阻器。
我讲到哪儿了?
在电源增强的时候,一些数字电位器将简单地把滑臂滑到电阻梯的中间位置,或滑到数据表中规定的一些其他点。通常,设备会包括足够的 EEPROM 来记录该装置上前一次关闭电源时的位置。将电阻器连接到滑臂的真正开关通常在设备的互补金属氧化物半导体 (CMOS) 中运行,如方框图的插图所示。
当然,不同的数字电位器可以通过各种各样的方式进行控制。众所周知的串行外围接口 (SPI) 总线就是一个受欢迎的选择,因为它是一个简单的 I2C 串行总线。后者仅需要两个输入端,一个用于时钟,另一个用于数据。
Analog Devices AD5160BRJZ50-R2 是一个 8 针脚数字电位器,它安装在一个微小的封装内(2.9mm x 1.6mm)。为了减少脚数量和基板面,该设备不包括 EEPROM,并使用 SPI 总线而不是并行数字接口。数据表显示 AD5160 设备系列。该系列的所有产品包括一个由 255 个单独电阻器组成的电阻梯。
图 2:Analog Devices 的 AD5160。(来源:Analog Devices)
芯片选择通过针脚 6。时钟进入通过针脚 4,选择滑臂位置的数据通过针脚 5 进入。终端 A 和终端 B 通过针脚 7 和针脚 8 进入,滑臂在针脚 1。
可以改变微型机械设备以产生电脉冲,电脉冲可以用于控制数字电位器。这使它们由人控制,而不仅仅通过微控制器控制。它们通常安装在仅比老式机械电位器大一点的设备中。