数字电位器的内部原理和缺点

数字电位器（也称为阻性数字模拟转换器，或者非正式地称为“digipot“）是一种数字控制的电子组件，它模拟了机械电位器的功能。它经常被MCU用于微调和缩放模拟信号。

数字电位器：digital potentiometer

内部原理

数字电位器可以由电阻阶梯（resistor ladder）集成电路或数字模拟转换器构建，其中电阻阶梯结构更为常见。电阻阶梯上的每个抽头都有自己的开关，可以将该抽头连接到电位器的输出端。阶梯上选择的抽头位置确定了数字电位器的电阻比。抽头数通常用位值表示，例如8位相当于256个抽头；8位是最常见的，但5位到10位（32到1024个步骤）之间的分辨率也可用。数字电位器使用的协议有 I²C 或 SPI；有些使用更简单的上升/下降协议。数字电位器的典型用途包括需要对放大器（通常是仪器放大器）、小信号音频平衡和偏移调整进行增益控制的电路。

缺点

虽然与普通电位器非常相似，但数字电位器对流过其的电流有限制，比如 MCP4XXXX 系列的电流限制为 1mA 。此外，大多数数字电位器将两个输入端（A、B）的电压范围限制在数字电源范围内，因此可能需要额外的电路来替代传统电位计（尽管也有数字电位计可使用独立的双电源模拟电压）。此外，数字电位计的电阻值具有离散的步进，而不像多圈电阻式电位计那样可以获得看似连续的控制。

 

易失性数字电位器与机电式电位器的不同之处在于，在上电时，电阻会恢复到（可能）不同于上次断电时的值。同样地，它们的电阻只有在正确的直流供电电压下才有效。当电压消失时，两端点和滑动触点之间的电阻是不确定的。在运算放大器电路中，机械电位器的断路阻抗可以帮助稳定电路在上电阶段的直流工作点。但是当使用数字电位器时，可能就不是这样了。

无论是机械式还是数字式电位器，一般都有较差的公差（通常为±20%），较差的温度系数（每摄氏度可达数百ppm），以及一个停止电阻，通常约为满量程电阻的0.5-1%。注意，停止电阻是指当端子到滑动点的电阻设为最小值时的残余电阻。

对于数字电位器，其实际阻值可能取决于供电电压。

数字电位器由于器件中的寄生电容而导致其带宽有限。端到端阻抗较低的器件通常有更大的带宽。

数字电位器中的传输门/开关元件会引起谐波失真。

使用乘法DAC作为数字电位器可以消除大部分这些限制。通常可以实现+15V到-15V的信号范围，有16位的控制，即65535个离散的设定点，而漂移和非线性都可以忽略不计。但是DAC每次系统上电时都需要初始化，这通常由嵌入式微控制器中的软件来完成。乘法DAC不能直接用作电阻器（2线连接），但在这种模式下，数字电位器由于其温度系数和电阻公差也表现不佳。

应用

LCD-对比度/亮度

传感器校准

数字音量控制

可编程比较器

可编程低/高通滤波器