数字电位器(digiPOT)通常用于方便的调整传感器的交流或直流电压或电流输出、电源供电、或其他需要某种类型校准的器件，比如定时、频率、对比度、亮度、增益，以及失调调整。数字设置几乎可以避免机械电位计相关的所有问题，比如物理尺寸、机械磨损、游标调定、电阻漂移，以及对振动、温度和湿度敏感等问题，还可以消除因使用螺丝刀导致的布局不灵活问题。
digiPOT有两种使用模式，即电位计模式或可变电阻器模式。图1所示为电位计模式，此时有3个端子，信号通过A端和B端连接，W端(类似游标)则提供衰减的输出电压。当数字比率控制输入为全零时，游标通常与B端连接。
图1.电位计模式
游标硬连线至任一端时，电位计就变成了简单的可变电阻器, 如图2所示。可变电阻器模式时需要的外部引脚更少，因此尺寸更小。部分digiPOT只有可变电阻器模式。
图2.可变电阻器模式
digiPOT电阻端的电流或电压极性没有限制，但是交流信号的幅度不能超过电源供电轨(VDD 和 VSS)器件在可变电阻器模式，尤其是低电阻设置状态下工作时，最大电流或电流密度, 应加以限制.
典型应用
信号衰减是电位计模式的固有特性，因为该器件本质上属于分压器。输出信号定义为: VOUT = VIN × (RDAC/RPOT), 其中 RPOT是digiPOT的标称端对端电阻， RDAC 是通过数字方式选择的W端和输入信号参考引脚之间的电阻，参考引脚通常为B端，如图3所示.
图3.信号衰减器
信号放大需要有源器件，通常是反相或同相放大器。通过适当的增益公式，电位计模式或可变电阻器模式均可使用
图4显示的是同相放大器，此时digiPOT相当于电位计，可通过反馈调整增益。由于部分输出会反馈, RAW/(RWB + RAW),应等于输入，理想增益为：
图4.电位计模式中的同相放大器
该电路的增益与RAW, 成反比RAW接近零时会迅速上升，显示出双曲线传递函数特性。为了限制最大增益，可插入一个电阻与RAW(位于增益公式的分母内)串联
如果需要线性增益关系，可以采用可变电阻器模式以及固定外部电阻，如图5所示，增益现定义如下：
图5.可变电阻器模式中的同相放大器
将低电容端(最新器件中为W引脚)连接至运算放大器输入可获得最佳性能.
digiPOT用于信号放大的优势
图4和图5所示的电路具有高输入阻抗和低输出阻抗，可工作于单极性和双极性信号。digiPOT可用于游标操作，采用固定外部电阻在更小的范围内提供更高的分辨率，还可用于运算放大器电路，信号有无反转均可。此外，digiPOT的温度系数较低，电位计模式时通常为5 ppm/°C，可变电阻器模式时则为35 ppm/°C。
处理交流信号时，digiPOT的性能受带宽和失真的限制。受寄生器件影响，带宽是指在小于3 dB衰减时能够通过digiPOT的最大频率。总谐波失真 (THD)(此处定义为后四个谐波的rms之和与输出基波值的比值)是信号通过器件时衰减的量度。这些规格涉及的性能限制由内部digiPOT架构决定。通过分析，我们可以更好地全面了解这些规格，减少其负面
内部架构已从传统的串联电阻阵列(如图6a所示)发展至分段式架构(如图6b所示)。主要的改进是减少了所需内部开关的数量。第一种情况采用串行拓扑结构，开关数量为N = 2n是分辨率的位数。 n = 10, 时，需要1024个开关
图6. a)传统架构，b)分段式架构
专有(专利)分段式架构采用级联连接，可以最大限度地减少开关总数。图6b的例子显示的是两段式架构，由两种类型的模块组成，即左侧的MSB和右侧的LSB。
左侧上下模块是一串用于粗调位数的开关(MSB段)。右侧模块是一串用于精调位数的开关(LSB段)。MSB开关粗调后接近RA/RB比。LSB串的总电阻等于MSB串中的单个阻性元件，LSB开关可对主开关串上的任一点进行比率精调。A和B MSB开关为互补码。
分段式架构的开关数量为:
N = 2m + 1 + 2n – m,
其中n是总位数，m是MSB字的分辨率位数。例如n = 10 and m = 5, 则需要96个开关。
分段式方案需要的开关数少于传统开关串:
两者相差的开关数 = 2n – (2m + 1 + 2n – m)
在该例中，节省的数量为
1024 – 96 = 928!
两种架构都必须选择不同电阻值的开关，充分考虑到模拟开关中的交流误差源。这些CMOS(互补金属氧化物半导体)开关由并行P沟道和N沟道MOSFET构成。这种基本双向开关可以保持相当恒定的电阻(RON) 信号可达完整的供电轨.
带宽
图7显示的是影响CMOS开关交流性能的寄生器件.
图7.CMOS开关模式.
CDS = 漏极-源级电容; CD = 漏极-栅级 + 漏极-体电容; CS = 源级-栅级 + 源级-体电容.
传递关系如以下公式定义，其中包含的假设为:
源阻抗为 0
无外部负载影响
无来自CDS的影响
RLSB << RMSB
其中:
RDAC是设定电阻
RPOT是端对端电阻
CDLSB是LSB段的总漏极-栅级 + 漏极-体电容
CSLSB是LSB段的总源级-栅级 + 源级-体电容
CDMSB是MSB开关的漏极-栅级 + 漏极-体电容
CSMSB是MSB开关的源级-栅级 + 源级-体电容
moff是信号MSB路径的断开开关数量
mon是信号MSB路径的接通开关数量
传递公式受各种因素影响，与代码存在一定关联，因此我们采用以下额外假设来简化公式
CDMSB + CSMSB = CDSMSB
CDLSB + CSLSB >> CDSMSB
(CDLSB + CSLSB) = CW (详见数据手册)
The CDS对传递公式没有影响，但由于其出现的频率通常比极点高的多RC 低通滤波器是主要的响应。理想的近似简化公式为：
带宽(BW)定义为:
其中CL是负载电容.
The BW与代码有关，最差的情况是代码在半量程时，AD5292的数字值为29= 512，AD5291的数字值为27 = 128 (见目录). 图8显示的是低通滤波效应，它受代码影响，在不同标称电阻与负载电容值时会发生变化.
本文关键字：规格 数字电位器，单元电路 - 数字电位器
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