?数字电位器的可靠性远远高于机械电位器，能够轻松保证50，000次以上的可靠读写次数，而机械电位器的重复调节次数只能达到几千次甚至几百次。数字电位器的分辨率为32级（5位）至256级（8位）或更高。对于LCD对比度调节等动态范围要求不高的应用，选择较低分辨率的器件即可满足实际应用的要求。目前，有些高分辨率的数字电位器已经成为音频等高保真应用的理想选择，能够提供高达90dB的动态调节范围。
     简介
     自电子电路的早期阶段开始，电位器就得到了广泛的使用，使用它可方便地校正系统、调节放大器内的偏移电压或增益、调谐滤波器以及控制屏幕亮度等。机械电位器本身存在一些固有的局限性，比如：尺寸大小、机械磨损、游标污染、电阻漂移、对振动和湿度敏感以及布局缺乏灵活性，这一切都是由其物理结构所决定的。
     数字电位器旨在解决所有上述问题，提供更高的可靠性和jing度，电压毛刺更小。目前，只有在数字电位器不适用的环境中（比如：高温环境或大功率应用场合），才会使用机械电位器。
     将两种技术进行对比是辨别系统zui佳解决方案的zui简单方法。
     结构
     机械电位器
     机械电位器由一个很大的电阻元件组成，在外部通过两个端子相连接。电阻元件的形式多种多样，根据所采用的技术，其封装方法也不同。可以为单圈或多圈，或者简单的扁平型封装。
     第三个端子也称为游标，它可在整个电阻元件上移动，来选择每个外部端子与游标之间的电阻大小。在游标和电阻元件之间存在着较小的接触电阻，通常称之为游标电阻（如图1所示）。

    图1. 机械电位器
     图1. 机械电位器
     数字电位器
     数字电位器由一个电阻元件阵列组成，该阵列的终端通过两个端子（A和B）与外部相连。在两个无源电阻的结点处，有一个开关。这些开关通过与外部端子（称之为游标或W）结合的单个触点互相连接（如图2所示）。

     图2. 数字电位器
     图2. 数字电位器
     由于这些开关通过互补金属氧化物半导体（CMOS）加工工艺设计而成，因此允许电流以任意方向流动。这些开关由一个数字模块控制，并且yi次只能接通一个开关。通过与机械电位器进行类比，寄生开关电阻也可称为游标电阻。
     结构综述
     机械电位器更容易受到物理环境变化（比如：振动、冲击和游标污染）的影响，这一切都是由其物理结构所决定的。而拥有整体结构的数字电位器，在所有上述情况下，都不会受到影响。
     调节
     机械电位器
     从理论上来说，由于游标可在整个电阻上移动，因此，机械电位器可提供无限的分辨率；但是调节电阻时所形成的各物理因素（比如：螺丝刀压力或材料间的摩擦）会使jing度下降，这样就会造成电阻的zui终值准确度较低。
     需要注意的是，重新调节的zui大次数或平均故障间隔时间（MTBF），通常都不超过几千次。
     数字电位器
     游标位置取决于RDAC寄存器中的内容，在寄存器中写入内容的次数没有限制。如图3和图4所示，使用SPI、I2C或up/down等数字接口、手动使用按钮开关或数字编码器，都可将内容写入RDAC寄存器。

     图3. 按钮接口
     图3. 按钮接口
        图4 使用数字编码器控制Up/Down接口
     数字电位器类似于机械电位器，如果事先对其进行调节，则在上电时，它可储存RDAC代码。ADI公司的数字电位器提供三种不同的存储器技术：熔丝、EEPROM、易失性数字电位器 。
     熔丝
     类似于在机械电位器上放置环氧树脂，熔丝对于只需设定yi次的系统校准来说是理想之选。ADI公司提供1到50次的可编程熔丝存储器。
     EEPROM
     EEPROM耐久性达100万周期，数据保存期限100年，对于需保留zui近编程值（如：音量控制应用）的系统来说，EEPROM是理想的选择。
     易失性
     RDAC寄存器默认在中间电平时加载，如果电源断开则无法保持该电阻大小。动态系统会持续重新校准输出，因此易失性数字电位器是此类系统的理想之选。它无需恢复之前的数值，或者也可以在上电/复位时，用控制器来设置数值。
     电阻元件
     机械电位器
     由于电阻元件采用的可能是各种不同的材料（比如：金属陶瓷、石墨或导电塑料），因此，电阻的大小就可能为数十欧乃至兆欧，在额定误差范围内得到保证。
     该误差被称为电阻容许误差，根据电位器材料的质量和所采用的不同工艺，它会上下波动。典型值范围在?30%和?10%之间，更高品质电位器的误差可低至?3%.
     另外一种误差是由于电阻元件的温度所造成的。该种依赖性可大可小，它取决于材料。zui终电阻值会随温度而成比例变化。该误差被称之为温度系数或tempCo.
     线绕电阻等较新材料的温度系数可低至10 ppm/?C.而旧的机械电位器所采用的材料为石墨，但其温度依赖性高达500 ppm/?C.
     存在一些与材料相关的限制（比如：zui大功耗，可小至几毫瓦，大至数百瓦）。无论情况如何，电阻终端之间的电压都与功率成正比。该电压大小可为数十伏，也可为数百伏，甚至上千伏。
     一般而言，机械电位器中电压和电流的额定值虽然较高，但它们与环境温度成反比例关系。设计者应当基于zui终应用中的预期zui高温度来验证电位器是否能够处理zui大估计功率。
     表1显示的是机械电位器（根据所使用的材料进行分类）的所有特性，以供快速参考。
      表1：机械电位器的材料对比
     数字电位器
     ADI公司提供zui宽的阻值可选范围：1k至1M。
     电阻容许误差之前为?20%，但现在已经有所下降。ADI公司目前提供容许误差为?8%的电阻，或经校准后容许误差为?1%的精密电阻。
     另外，具有非易失性EEPROM的数字电位器通常可存储容许误差，这些误差可通过控制器读回，并被用于校正外部电阻。
     任意给定代码下的温度依赖性和温度系数，都取决于两个因素：电阻元件和开关电阻。开关电阻较小，但在较低代码处，所选择的电阻也很小时，由于阻值非常接近，开关电阻变得很明显。开关电阻的温度系数所影响到的代码数，直接取决于标称电阻值，该区域的典型温度系数约为600 ppm/?C.
     电阻元件所采用的主要材料有两种：多晶硅或薄膜金属。
     多晶硅是一种常用材料，它与石墨类似，对于温度的依赖性非常高，温度系数高达600 ppm/?C.薄膜金属电阻的温度系数则较低，大约为35 ppm/?C.ADI公司数据手册中给出了任意给定代码下的温度系数图表。
     由于尺寸较小，数字电位器的功耗也很小，在数十毫瓦以内。与机械电位器相比，在所有温度范围内，该功率保持恒定。数字电位器zui大端电压由供电轨来限定。就不同的数字电位器而言，其电压范围可从2.3V至33V.但是，任何情况下，zui大电流通常都不会超过几毫安。
     附加技术规格
     使用数字电位器时，开关会引入一些与机械电位器不相关的技术规格。
     由于开关中存在寄生电容，所以有带宽限制。这也就决定了，在游标内，可穿过电阻端的zui大信号频率的衰减量小于3dB.该传递公式与低通滤波器相似。
     电容与所选择的标称电阻无关，而仅仅取决于内部开关设计。因此，使用较低的标称电阻值可获得较高的带宽。表2为一个示例。

     表2 AD8400zui大频率和标称电阻
     游标电阻的非线性度会增加谐波失真程度。总谐波失真（THD）衡量信号在通过电阻后所下降的程度。图5显示了一个放大的图示。

     图5. THD效应
     例如，如果总谐波失真（THD）为-80 dB，则信号下降程度为10-80/20 = 0.1 mV/VIN，因此如果信号为1 V p-p，则总信号失真为0.1 mV ? 2 = 0.2 mV.
     数字电位器的总谐波失真范围为-60 dB到-106 dB，是音频应用的理想选择。
     非易失
     有些应用要求数字电位器具备非易失存储功能，两种类型的器件（易失和非易失存储器）在市场上都很普及。非易失数字电位器更接近于机械电位器，它能够在不同的外部条件（是否有外部电源供电）下保持阻值。
     音频设备需要内部储存音量设置，设备重新上电时要求电位器保持相同的电阻值，即使在电源完全关闭的情况下。
     MAX5427/MAX5428/MAX5429系列数字电位器提供独特的编程功能。这些器件为具有yi次性编程（OTP）存储器，将电位器抽头的上电复位（POR）位置设置在用户定义的数值（抽头位置保持可调，但重新上电后始终返回到固定的设置位置）。此外，OTP还可以禁止接口通信，将抽头锁存到所要求的固定位置，避免进一步的调节。这种情况下，器件成为一个固定比值的电阻分压器，而非电位器。
     音频设计考虑
     电位器具有对数抽头和线性抽头，高保真音频设备的音量调节一般选用对数电位器，因为考虑到人耳的非线性滤波特性，对数抽头可以获得线性音量调节。目前，高集成度数字电位器可以在单芯片内集成六路独立的电位器，以支持多声道音频系统，例如：立体声、杜比环绕立体声系统。
     音频应用中，特别是在数字电位器调节分辨率较低（32级）时，需要特别注意抽头级间变化过程。如果抽头不是在0V时发生变化，音频系统会产生喀嗒声和噼噗声（图6）。幸运的是，新一代数字电位器具有所谓的过零检测功能，能够在抽头跳变时降低音频噪声。内部过零和超时检测电路确保抽头在检测到过零（0V）信号或经过50ms延时（具体取决于首先发生的条件）后跳变。
      在0V电平切换时，音频喀嗒声和噼噗声的影响
     除了上述数字电位器中的模拟电路外，每个数字电位器还包含一个数字接口。绝大多数电位器可通过传统的IC或SPI编程，有些则提供便利的上/下调节接口。
     性能改善
     与机械电位器相比，数字电位器还具备另一优势。数字电位器的调节抽头直接安装在的信号通路，利用电子调节避免了复杂、昂贵的机械调节装置。数字电位器改善了噪声抑制指标，消除了机械电位器接口电缆的拾取噪声。
     传统的数字电位器可直接替代机械电位器，具有相同的工作方式，无需过多的说明。但是，在一些特殊应用中，例如：低成本立体声音量控制，需要一些附加说明。对于音频这一特殊应用，一般要求工作在较宽的电压范围，以支持较宽的音频信号范围。一般选择对数抽头，抽头级数增加时，衰减分贝数随之增大，非常适合人耳的频响特性。有些器件具有静音功能，提供更大的衰减（例如：30dB）。
     温度考虑
     数字电位器的典型参数之一是温度系数（TC），定义在额定的温度范围。绝大多数电位器需要定义两个不同的TC，一个是jue对端至端TC，该参数代表了电阻随温度变化的jue对值，由下式计算：
     ΔR = RUNCOMP ? TC ? ΔT/106
     其中：
     RUNCOMP是未经补偿的电阻值，
     TC为温度系数，
     ΔT为温度变化量。
     例如，一个阻值为20kΩ的数字电位器，如果jue对TC为35ppm，则在50?C温度变化范围内将会产生35Ω （0.2%）的阻值变化。另外，20kΩ端到端电阻的初始值可能变化比较明显，变化范围可能在15kΩ至25kΩ。这种情况下，对于一个32抽头的电位器，每级对应的电阻值（增量）可能在470Ω至780Ω。这一变化量远远高于jue对TC的偏差。
     另一个典型TC时电阻比值TC，电位器通常用作分压器，特别是在比例设计中，对于jue对电阻值变化（jue对温度系数）的要求与比值变化相比并不严格。例如，5ppm的比例TC能够在整个温度范围内获得非常稳定的增益。
     高分辨率应用
     数字电位器用于可编程增益放大器（PGA）和仪表放大器（IA）时，对jing度的要求通常高于标准调节电路这些应用中一般要求在-40?C至 85?C范围内，分压比误差（jing度）在0.025%以内。
     结论
     数字电位器与机械电位器相比具有众多优势，除了提高可靠性外，它们还占用更少的空间；由于降低了寄生效应，数字电位器能够提供更好的电特性，并且不易受噪声的影响。 数字电位器能够在各种应用中替代机械电位器，使设计人员和zui终用户受益。?