38. Цифровой потенциометр

Использование всех преимуществ микропроцессоров привело к применению цифровых потенциометров (ЦП). Механические переменные (подстроечные) резисторы-триммеры создают большие затраты времени на реализацию ручного процесса регулировки, имеют низкую точность регулировки, невысокую надежность подстроечных элементов. Функция потенциометра возлагается на сам микропроцессор. Закон зависимости значения сопротивления от положения «движка» может быть линейным, логарифмическим, а также программируемым пользователем. Такой цифровой потенциометр будет иметь три отдельных вывода: L – вывод для подключения напряжения низкого потенциала; H – вывод для подключения напряжения высокого потенциала; W – вывод движка (токосъема) потенциометра. На выводы L и Hможно подавать любые постоянные или переменные напряжения.

Регулирование значения сопротивления ЦП выполняется по шине управления: параллельной или последовательной. Управление по параллельной шине обеспечивает максимальное быстродействие. Для ЦП не требуется высокого быстродействия, поэтому ЦП имеет последовательную шину управления. Используются три типа шин управления: SPI (3-wire), I²C (2-wire), и UDC. Приборы с шиной I²C называют адресуемыми. Интерфейс UDC (Up/Down Control) предназначен для ручного управления сопротивлением ЦП с помощью кнопок. Интерфейс имеет три сигнала: – выбор устройства, INC – инкремент-декремент и Up/Dn – выбор направления. Низкий уровень напряжения на входе активизирует управляющий порт ПЦ и сигналы по входам INC и UDC изменяют его сопротивление. Вход UDC управляет направлением изменения сопротивления потенциометра. Вход INCопределяет количество позиций изменения сопротивления потенциометра. Запись новой позиции ПЦ в память EEPROM выполняется за t_WST =10 мс. При выключении питания ЦП он «забывает» настроенное значение сопротивления (положение курсора), в то время как обычные переменные резисторы после регулировки сохраняют свое положение. При следующем включении напряжения питания ЦП устанавливается в определенное начальное положение, которое зависит от типа ЦП. Если в системе есть микропроцессор, то после включения напряжения питания он загружает нужные коды, восстановив положение ЦП, найденное при регулировке. В случае автономной установки ЦП в изделие ему для сохранения найденного значения сопротивления необходима энергонезависимая память.

Существуют некоторые отличия цифровых потенциометров от обычных механических переменных резисторов, которые накладывают ограничения на их применение и в большинстве случаев являются недостатками. Важнейшим параметром ЦП является дискретность регулировки, т. е. количество коммутируемых отводов переменного резистора (количество шагов). Обычно количество шагов является степенью числа 2, но бывают ЦП и с другим количеством шагов, например 100. К другим параметрам, характеризующим ЦП, относятся максимальное напряжение на выводах переменного резистора, сопротивление «щетки», максимальный допустимый ток, максимальную рассеиваемую мощность, шум, нелинейность и температурный коэффициент. Допустимый диапазон напряжений питания ЦП равен 0…5 В. Некоторые ЦП могут иметь двухполярное питание ±5 В. Сопротивление контакта курсора «щетки» ЦП в крайнем положении немного больше, чем у обычных переменных резисторов. Емкость входов H_и L находится в пределах C_IN =C_H= C_L = 5 пФ, емкость выхода – C_OUT = C_W = 7 пФ. Температурный коэффициент сопротивления резисторов, на основе которых построены ЦП, достаточно велик. Область применения ЦП разнообразна, например, в устройствах цифрового регулирования усиления; реализация регулируемых источников опорного напряжения; регулировка смещения нуля в усилителях; регулировка выходного напряжения стабилизаторов; настройка измерительных мостов; регулировка контрастности ЖК-индикаторов и т. п.