Цифровой потенциометр

Цифровой потенциометр (также называемый резистивным цифро-аналоговым преобразователем , ^[1] или неофициально цифровой потенциометр ) — это электронный компонент с цифровым управлением, который имитирует аналоговые функции потенциометра . Он часто используется для обрезки и масштабирования аналоговых сигналов микроконтроллерами .

Дизайн

Цифровой потенциометр состоит либо из резисторной лестницы интегральной схемы , либо из цифро-аналогового преобразователя, хотя конструкция резисторной лестницы является более распространенной. ^{[ нужна ссылка ]} Каждая ступень резисторной лестницы имеет свой собственный переключатель, который может подключить эту ступень к выходной клемме потенциометра. Выбранная ступень лестницы определяет коэффициент сопротивления цифрового потенциометра. Количество шагов обычно указывается битовым значением, например, 8 бит соответствуют 256 шагам; Наиболее распространенным является 8-битное разрешение, но доступны разрешения от 5 до 10 бит (от 32 до 1024 шагов). ^[2] Цифровой потенциометр использует такие протоколы, как I²C или шину последовательного периферийного интерфейса для передачи сигналов ; некоторые используют более простые протоколы вверх/вниз. Типичное использование цифровых потенциометров - в схемах, требующих регулировки усиления усилителей (часто инструментальных усилителей ), балансировки звука при слабом сигнале и регулировки смещения.

Материалом резистора обычно является поликремний или тонкопленочный материал. ^[3]

Большинство цифровых потенциометров используют только энергозависимую память, что означает, что они забывают свое положение при выключении питания (при включении питания они сообщают значение по умолчанию, часто среднее значение) - когда они используются, их последнее положение может быть сохранено микроконтроллером. или FPGA, к которому они подключены. Некоторые цифровые горшки имеют собственное энергонезависимое хранилище. ^[4] поэтому их показания по умолчанию при включении питания будут такими же, как и до выключения. ^[5]

Ограничения

Хотя цифровые потенциометры очень похожи на обычные потенциометры, их ограничение по току ограничено десятками миллиампер. Кроме того, большинство цифровых потенциометров ограничивают диапазон напряжения на двух входных клеммах (резистора) диапазоном цифрового питания (например, 0–5 В постоянного тока), поэтому для замены обычного потенциометра может потребоваться дополнительная схема (хотя цифровые потенциометры с отдельными Также доступны аналоговые напряжения с двойным питанием.) ^[6] Кроме того, вместо кажущегося непрерывного управления, которое можно получить с помощью многооборотного резистивного потенциометра, цифровые потенциометры имеют дискретные ступени сопротивления.

Еще одним ограничением является то, что для проверки пересечения нуля аналогового сигнала переменного тока часто требуется специальная логика, чтобы можно было изменить значение сопротивления, не вызывая слышимого щелчка на выходе аудиоусилителей. (Необходима схема)

Энергозависимые цифровые потенциометры также отличаются от электромеханических тем, что при включении питания сопротивление по умолчанию принимает (возможно) другое значение после выключения и включения питания. Аналогично, их сопротивление действительно только при наличии правильного напряжения питания постоянного тока. Когда напряжение снято, сопротивление между двумя конечными точками и (номинальным) стеклоочистителем не определено. В схеме операционного усилителя импеданс реального потенциометра в выключенном состоянии может помочь стабилизировать рабочую точку постоянного тока схемы на этапе включения питания. Это может быть не так, если используется цифровой потенциометр.

Как электромеханические, так и цифровые потенциометры обычно имеют плохие допуски (обычно ±20%). ^[7] плохие температурные коэффициенты ^[8] (до многих сотен ppm на градус С), ^[8] и стопорное сопротивление, которое обычно составляет около 0,5-1% от полного сопротивления шкалы. Обратите внимание, что сопротивление остановки — это остаточное сопротивление, когда клемма сопротивления стеклоочистителя установлена на минимальное значение. ^{[ нужна ссылка ]}

При использовании цифрового потенциометра сопротивление может зависеть от напряжения питания. ^[7]

Цифровой потенциометр имеет ограниченную ширину полосы из-за паразитной емкости устройства. Детали с более низким сквозным сопротивлением обычно имеют большую ширину полосы.

Передающий вентиль /переключающий элемент цифрового потенциометра вызывает гармонические искажения.

Умножающий ЦАП, используемый в качестве цифрового потенциометра, может устранить большинство этих ограничений. ^[9] Обычно возможен диапазон сигнала от +15 В до -15 В с 16-битным управлением, т.е. 65535 дискретных уставок, а дрейф и нелинейность незначительны. Однако ЦАП необходимо инициализировать каждый раз при включении системы, что обычно выполняется с помощью программного обеспечения встроенного микроконтроллера. Умножающий ЦАП нельзя использовать напрямую в качестве реостата (2-проводное подключение), но в этом режиме дигипот все равно работает плохо из-за его температурного коэффициента и допуска по сопротивлению. ^{[ нужна ссылка ]}

Приложения

ЖК-контраст/яркость
Калибровка датчика
Цифровой регулятор громкости
Программируемые компрессоры
Программируемые фильтры низких и высоких частот

Альтернативы

моторизованный потенциометр

См. также

Консольная автоматизация

Ссылки

^ «Цифровые потенциометры – часто задаваемые вопросы» . Аналоговые устройства . Архивировано из оригинала 7 сентября 2011 г.
^ «Руководство по выбору семейства цифровых потенциометров». AD5207 - 2-канальный 256-позиционный цифровой потенциометр - техническое описание (PDF) (Технический отчет). Аналоговые устройства .
^ «Цифровые потенциометры – Где и как использовать – Образование» . Аналоговые устройства . 3 октября 2014 года . Проверено 14 мая 2023 г.
^ «Двойной энергонезависимый цифровой потенциометр DS1855 и защищенная память» . Аналоговые устройства . 5 октября 2001 года . Проверено 14 мая 2023 г.
^ «Двойной энергонезависимый цифровой потенциометр и безопасная память» (PDF) . аналог.com . Проверено 14 мая 2023 г.
^ «7/8-битный одиночный цифровой POT +36 В (±18 В) с последовательным интерфейсом SPI и энергозависимой памятью» (PDF) . Микрочип . Проверено 14 мая 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Понимание различий в резисторах цифрового потенциометра» (PDF) . Микрочип . Проверено 14 мая 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Анализ температурного коэффициента DS1845/DS1855» . Аналоговые устройства . 7 июня 2002 года . Проверено 14 мая 2023 г.
^ «Умножение ЦАП дает программируемый резистор» . ЭДН . 24 июня 1999 года . Проверено 14 мая 2023 г.

Внешние ссылки

[analog_faq-1] «Цифровые потенциометры – часто задаваемые вопросы» . Аналоговые устройства . Архивировано из оригинала 7 сентября 2011 г.

[ad5207-2] «Руководство по выбору семейства цифровых потенциометров». AD5207 - 2-канальный 256-позиционный цифровой потенциометр - техническое описание (PDF) (Технический отчет). Аналоговые устройства .

[3] «Цифровые потенциометры – Где и как использовать – Образование» . Аналоговые устройства . 3 октября 2014 года . Проверено 14 мая 2023 г.

[ds1855-4] «Двойной энергонезависимый цифровой потенциометр DS1855 и защищенная память» . Аналоговые устройства . 5 октября 2001 года . Проверено 14 мая 2023 г.

[5] «Двойной энергонезависимый цифровой потенциометр и безопасная память» (PDF) . аналог.com . Проверено 14 мая 2023 г.

[6] «7/8-битный одиночный цифровой POT +36 В (±18 В) с последовательным интерфейсом SPI и энергозависимой памятью» (PDF) . Микрочип . Проверено 14 мая 2023 г.

[mchip1080a-7] Перейти обратно: ^а ^б «Понимание различий в резисторах цифрового потенциометра» (PDF) . Микрочип . Проверено 14 мая 2023 г.

[adtempco-8] Перейти обратно: ^а ^б «Анализ температурного коэффициента DS1845/DS1855» . Аналоговые устройства . 7 июня 2002 года . Проверено 14 мая 2023 г.

[9] «Умножение ЦАП дает программируемый резистор» . ЭДН . 24 июня 1999 года . Проверено 14 мая 2023 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]