Digitales Potentiometer - Digital potentiometer
Ein digitales Potentiometer (auch als resistiver Digital-Analog-Wandler oder informell als Digipot bezeichnet ) ist eine digital gesteuerte elektronische Komponente, die die analogen Funktionen eines Potentiometers nachahmt . Es wird häufig zum Trimmen und Skalieren von analogen Signalen durch Mikrocontroller verwendet .
Design
Ein digitales Potentiometer besteht entweder aus einer integrierten Widerstandsleiterschaltung oder einem Digital-Analog-Wandler, obwohl eine Widerstandsleiterkonstruktion üblicher ist. Jeder Schritt auf der Widerstandsleiter hat einen eigenen Schalter, der diesen Schritt mit dem Ausgangsanschluss des Potentiometers verbinden kann. Der ausgewählte Schritt auf der Leiter bestimmt das Widerstandsverhältnis des digitalen Potentiometers. Die Anzahl der Schritte wird normalerweise mit einem Bitwert angegeben, z. B. 8 Bits entsprechen 256 Schritten; Am häufigsten sind 8 Bit, aber Auflösungen zwischen 5 und 10 Bit (32 bis 1024 Schritte) sind verfügbar. Ein digitales Potentiometer verwendet digitale Protokolle wie I²C oder Serial Peripheral Interface Bus zur Signalisierung. Einige verwenden einfachere Auf- / Ab-Protokolle. Einige typische Anwendungen von digitalen Potentiometern sind Schaltungen, die eine Verstärkungsregelung von Verstärkern (häufig Instrumentenverstärker ), einen Audiosaldo für Kleinsignale und eine Offset-Einstellung erfordern .
Die meisten digitalen Potentiometer verwenden nur einen flüchtigen Speicher, was bedeutet, dass sie ihre Position beim Ausschalten vergessen (beim Einschalten geben sie einen Standardwert an, häufig ihren Mittelpunkt). Wenn diese verwendet werden, kann ihre letzte Position vom Mikrocontroller gespeichert werden oder FPGA, an das sie angeschlossen sind. Einige Digipots verfügen über einen eigenen nichtflüchtigen Speicher, sodass der Standardwert beim Einschalten derselbe ist, der vor dem Ausschalten angezeigt wurde.
Einschränkungen
Digitale Potentiometer sind normalen Potentiometern ziemlich ähnlich, sind jedoch durch eine Strombegrenzung im Bereich von einigen zehn Milliampere beschränkt. Außerdem begrenzen die meisten digitalen Potentiometer den Spannungsbereich an den beiden Eingangsanschlüssen (des Widerstands) auf den digitalen Versorgungsbereich (0–5 VDC), sodass zusätzliche Schaltkreise erforderlich sind, um ein herkömmliches Potentiometer zu ersetzen. Anstelle der scheinbar kontinuierlichen Steuerung, die von einem Multiturn-Widerstandspotentiometer erhalten werden kann, weisen digitale Potentiometer diskrete Widerstandsschritte auf. (Schema benötigt)
Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass häufig eine spezielle Logik erforderlich ist, um den Nulldurchgang eines analogen Wechselstromsignals zu überprüfen, damit der Widerstandswert geändert werden kann, ohne dass ein hörbares Klicken im Ausgang für Audioverstärker verursacht wird. (Schema benötigt)
Flüchtige digitale Potentiometer unterscheiden sich auch von elektromechanischen darin, dass der Widerstand beim Einschalten nach einem Aus- und Wiedereinschalten standardmäßig (möglicherweise) einen anderen Wert aufweist. Ebenso ist ihr Widerstand nur gültig, wenn die richtige DC-Versorgungsspannung vorhanden ist. Wenn die Spannung entfernt wird, ist der Widerstand zwischen den beiden Endpunkten und dem (nominalen) Wischer undefiniert. In einer Operationsverstärkerschaltung kann die Ausschaltimpedanz eines echten Potentiometers dazu beitragen, den Gleichstrombetriebspunkt der Schaltung während der Einschaltphase zu stabilisieren. Dies ist möglicherweise nicht der Fall, wenn ein digitales Potentiometer verwendet wird.
Sowohl elektromechanische als auch digitale Potentiometer haben im Allgemeinen schlechte Toleranzen (typischerweise ± 20%), schlechte Temperaturkoeffizienten (viele hundert ppm pro Grad C) und einen Stoppwiderstand, der typischerweise etwa 0,5 bis 1% des Skalenendwiderstands beträgt. Beachten Sie, dass der Stoppwiderstand der Restwiderstand ist, wenn der Widerstand zwischen Klemme und Wischer auf den Mindestwert eingestellt ist.
Ein Multiplikations- DAC, der als digitales Potentiometer verwendet wird, kann die meisten dieser Einschränkungen beseitigen. Typischerweise ist eine Signalspanne von + 15 V bis -15 V mit 16-Bit-Steuerung, dh 65535 diskreten Sollwerten, möglich, und Drift und Nichtlinearität sind vernachlässigbar. Bei jedem Einschalten des Systems muss jedoch ein DAC initialisiert werden, was normalerweise durch Software in einem eingebetteten Mikrocontroller erfolgt. Ein Multiplikations-DAC kann nicht direkt als Rheostat (2-Draht-Verbindung) verwendet werden, aber in diesem Modus arbeitet ein Digipot aufgrund seines Temperaturkoeffizienten und seiner Widerstandstoleranz ohnehin schlecht.