使用数字电位器替代机械电位器AN-1121_cnVIP免费

AN-1121应用笔记OneTechnologyWay•P.O.Box9106•Norwood,MA02062-9106,U.S.A.•Tel:781.329.4700•Fax:781.461.3113•www.analog.com使用数字电位器替代机械电位器作者：MiguelUsachRev.0|Page1of4AWIPERRESISTANCEWIPERRESISTIVEMATERIALBW09958-001RS=RAB/2NRDACREGISTERRSABWRSRS09958-002简介自电子电路的早期阶段开始,电位器就得到了广泛的使用,使用它可方便地校正系统、调节放大器内的偏移电压或增益、调谐滤波器以及控制屏幕亮度等。机械电位器本身存在一些固有的局限性，比如：尺寸大小、机械磨损、游标污染、电阻漂移、对振动和湿度敏感以及布局缺乏灵活性，这一切都是由其物理结构所决定的。数字电位器旨在解决所有上述问题，提供更高的可靠性和精度，电压毛刺更小。目前，只有在数字电位器不适用的环境中(比如：高温环境或大功率应用场合)，才会使用机械电位器。将两种技术进行对比是辨别系统最佳解决方案的最简单方法。结构机械电位器机械电位器由一个很大的电阻元件组成，在外部通过两个端子相连接。电阻元件的形式多种多样，根据所采用的技术，其封装方法也不同。可以为单圈或多圈，或者简单的扁平型封装。第三个端子也称为游标，它可在整个电阻元件上移动，来选择每个外部端子与游标之间的电阻大小。在游标和电阻元件之间存在着较小的接触电阻，通常称之为游标电阻(如图1所示)。数字电位器数字电位器由一个电阻元件阵列组成，该阵列的终端通过两个端子(A和B)与外部相连。在两个无源电阻的结点处，有一个开关。这些开关通过与外部端子(称之为游标或W)结合的单个触点互相连接(如图2所示)。由于这些开关通过互补金属氧化物半导体(CMOS)加工工艺设计而成，因此允许电流以任意方向流动。这些开关由一个数字模块控制，并且一次只能接通一个开关。通过与机械电位器进行类比，寄生开关电阻也可称为游标电阻。结构综述机械电位器更容易受到物理环境变化(比如：振动、冲击和游标污染)的影响，这一切都是由其物理结构所决定的。而拥有整体结构的数字电位器，在所有上述情况下，都不会受到影响。图1.机械电位器图2.数字电位器AN-1121Rev.0|Page2of409958-0033W4B1VDD2A65GND87digiPotPUSH-UPBUTTONPUSH-DOWNBUTTONPRE09958-0043W4B1VDD2A65GND87CSU/DCLKdigiPotEINCREMENTALDIGITALENCODER调节机械电位器从理论上来说，由于游标可在整个电阻上移动，因此，机械电位器可提供无限的分辨率；但是调节电阻时所形成的各物理因素(比如：螺丝刀压力或材料间的摩擦)会使精度下降，这样就会造成电阻的最终值准确度较低。需要注意的是，重新调节的最大次数或平均故障间隔时间(MTBF)，通常都不超过几千次。数字电位器游标位置取决于RDAC寄存器中的内容，在寄存器中写入内容的次数没有限制。如图3和图4所示，使用SPI、I2C或up/down等数字接口、手动使用按钮开关或数字编码器，都可将内容写入RDAC寄存器。数字电位器类似于机械电位器，如果事先对其进行调节，则在上电时，它可储存RDAC代码。ADI公司的数字电位器提供三种不同的存储器技术：熔丝、EEPROM、易失性数字电位器。熔丝类似于在机械电位器上放置环氧树脂，熔丝对于只需设定一次的系统校准来说是理想之选。ADI公司提供1到50次的可编程熔丝存储器。EEPROMEEPROM耐久性达100万周期，数据保存期限100年，对于需保留最近编程值(如：音量控制应用)的系统来说，EEPROM是理想的选择。易失性RDAC寄存器默认在中间电平时加载，如果电源断开则无法保持该电阻大小。动态系统会持续重新校准输出，因此易失性数字电位器是此类系统的理想之选。它无需恢复之前的数值，或者也可以在上电/复位时，用控制器来设置数值。图3.按钮接口图4使用数字编码器控制Up/Down接口Rev.0|Page3of4表1：机械电位器的材料对比材料特性金属陶瓷石墨导电塑料线绕材料AN-1121电阻元件机械电位器由于电阻元件采用的可能是各种不同的材料(比如：金属陶瓷、石墨或导电塑料)，因此，电阻的大小就可能为数十欧乃至兆欧，在额定误差范围内得到保证。该误差被称为电阻容许误差，根据电位器材料的质量和所采用的不同工艺，它会上下波动。典型值范围在±30%和±10%之间，更高品质电...