使用數(shù)字電位計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要記住的技巧

本文討論使用數(shù)字電位計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)的一些關(guān)鍵問題和常見問題。主題包括游標(biāo)電流（及其如何影響動(dòng)態(tài)范圍）、游標(biāo)電壓和溫度系數(shù)。還包括有關(guān)如何減少或消除不需要的錯(cuò)誤的提示。

本文重點(diǎn)介紹使用數(shù)字電位器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要解決的一些關(guān)鍵問題。

配置

使用數(shù)字電位器時(shí)最大的問題之一是是在真正的電位計(jì)（三端子）還是可變電阻（兩端子）配置中使用它。這些配置的電路如圖1和圖2所示。這些電路中的每一個(gè)都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

圖1.三端子配置。

首先，如果可能，通常最好在真正的電位計(jì)配置下使用該器件。這樣做有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其中最重要的是設(shè)計(jì)人員可以控制雨刮器上的負(fù)載。當(dāng)作為電位計(jì)連接時(shí)，該器件采用三端子配置，如圖1所示。通過將游標(biāo)連接到高阻抗節(jié)點(diǎn)，流過游標(biāo)的電流可以保持在非常低的水平。

圖2.雙端子配置。

相比之下，從可變電阻或雙端子配置來看，游標(biāo)現(xiàn)在可能需要承載大量電流。當(dāng)游標(biāo)靠近電位器的高側(cè)且電位器的低側(cè)接地并連接到游標(biāo)時(shí)，尤其如此，如圖2所示。根據(jù)施加到電位器的電壓和游標(biāo)電阻，設(shè)計(jì)人員必須注意不要超過輸入/輸出V的最大額定電流H和 VW在這些條件下。

游標(biāo)電流

一旦考慮到這個(gè)問題，在上述任一配置中，通過游標(biāo)消耗大量電流還涉及其他一些問題。作為參考，談?wù)摗帮@著”電流是指數(shù)百微安和高達(dá) 1mA 的值。根據(jù)所選的電位計(jì)，游標(biāo)的電阻可能從幾十Ω到超過1Kohm不等。如果通過1Kohm游標(biāo)吸收1mA電流，則游標(biāo)兩端產(chǎn)生的壓降為1V！這可能會(huì)嚴(yán)重限制所需輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，因此請(qǐng)明智地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

游標(biāo)電壓和溫度系數(shù)

涉及游標(biāo)的另一個(gè)設(shè)計(jì)復(fù)雜性是游標(biāo)電壓系數(shù)引起的輸出誤差。游標(biāo)由CMOS開關(guān)組成，因此具有相同的特性，即相對(duì)于施加的電壓變化電阻。這意味著，當(dāng)游標(biāo)上的電壓變化時(shí)，無論是由于游標(biāo)位置的變化還是由于施加的交流信號(hào)，游標(biāo)本身的電阻都會(huì)非線性變化。因此，流過游標(biāo)的任何大電流都會(huì)由于游標(biāo)非線性變化電阻兩端的壓降而導(dǎo)致失真和輸出誤差。

在精密應(yīng)用中，游標(biāo)的另一個(gè)特性可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)微誤差，那就是其相關(guān)的溫度系數(shù)。數(shù)字電位器數(shù)據(jù)手冊(cè)通常規(guī)定相對(duì)于電阻串本身的溫度系數(shù)。但是，該規(guī)格并未給出與游標(biāo)電阻相關(guān)的溫度系數(shù)的任何指示。此特定規(guī)格通常未在數(shù)據(jù)手冊(cè)中列出。然而，由于游標(biāo)由CMOS開關(guān)組成，因此通?？梢约僭O(shè)其溫度系數(shù)約為300ppm/C。由于游標(biāo)電阻通常比總電位電阻小，因此該誤差很小，但如果存在高游標(biāo)電流，在某些應(yīng)用中仍可能很明顯。

至于電位器的整體溫度系數(shù)，該規(guī)格通常以絕對(duì)值和比例值給出。絕對(duì)溫度系數(shù)遠(yuǎn)高于比率式溫度系數(shù)，最好在圖2的雙端子配置中得到體現(xiàn)。

在這里，電位器高壓側(cè)和游標(biāo)之間的電阻將隨器件額定溫度范圍內(nèi)的絕對(duì)溫度系數(shù)值而變化。然而，在圖1的三端電路中，電位器高端和游標(biāo)之間的電阻隨溫度變化的速率與游標(biāo)和電位器低端之間的電阻變化速率大致相同。這使得電阻分壓器更加穩(wěn)定，并被指定為比率溫度系數(shù)。

如圖所示，數(shù)字電位計(jì)的輸出信號(hào)誤差可能涉及多種因素。當(dāng)游標(biāo)以雙端子配置接近H端子時(shí)，這些誤差變得更加明顯。在這里，游標(biāo)電阻直接添加到所需的電阻上，甚至可能大于所需的電阻設(shè)置，具體取決于總電位電阻的值和電位器的分辨率。

在許多應(yīng)用中，熱和各種游標(biāo)特性造成的誤差微不足道。當(dāng)用于調(diào)整電源或與LCD顯示器的對(duì)比度時(shí)，所有這些誤差源可能并不重要，但在某些溫度敏感和精密應(yīng)用中，它們值得考慮。

解決上述所有問題的一種方法是盡可能使用三端配置的數(shù)字電位計(jì)，并用運(yùn)算放大器緩沖游標(biāo)。該電路將確保游標(biāo)電流等效于運(yùn)算放大器的輸入偏置電流。通過使用具有皮安輸入偏置電流規(guī)格的運(yùn)算放大器，幾乎消除了由于游標(biāo)電阻值或游標(biāo)電阻值變化引起的任何誤差。有時(shí)這種解決方案看起來不合適，特別是在跨阻放大器中，電位器用作可變反饋電阻。但是，如圖3所示，使用Tee網(wǎng)絡(luò)作為反饋電阻，設(shè)計(jì)人員可以在三端子配置中使用電位器，并利用其優(yōu)勢。因此，在您的設(shè)計(jì)中要有創(chuàng)意，因?yàn)橥ǔＳ幸环N方法可以使用真正的三端子形式的數(shù)字電位器。如果首選或需要雙端子電路，請(qǐng)仔細(xì)考慮任何熱和游標(biāo)誤差（如果您的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)允許）。

圖3.用于PIN跨阻放大器的TEE網(wǎng)絡(luò)。

審核編輯：郭婷