vignette|Exemple de symbole schématique de potentiomètre numérique Un potentiomètre numérique (également appelé convertisseur numérique-analogique résistif, ou plus simplement digipot) est un composant électronique à commande numérique qui reproduit le comportement d’un potentiomètre analogique. Il est principalement utilisé pour ajuster avec précision ou adapter l’amplitude de signaux analogiques, généralement sous le contrôle des microcontrôleurs.
Conception vignette|Principe d'un potentiomètre numérique utilisant un réseau de résistances Un potentiomètre numérique est construit soit à partir d'un circuit intégré à échelle de résistances, soit à partir d'un convertisseur numérique-analogique, la structure en échelle de résistances étant la plus courante.
Dans une architecture en échelle, chaque palier du réseau de résistances possède son propre commutateur, permettant de le connecter à la sortie du potentiomètre. Le palier sélectionné détermine ainsi le rapport de résistance du potentiomètre numérique. Le nombre de paliers est généralement exprimé en nombre de bits : par exemple, une résolution de 8 bits correspond à 256 paliers. Bien que 8 bits soit la résolution la plus courante, des résolutions de 5 à 10 bits (32 à 1024 paliers) sont aussi disponibles.
Le pilotage s’effectue via des protocoles de communication tels que l'I²C ou un bus SPI (Serial Peripheral Interface) pour la transmission des signaux ; certains modèles utilisent également des interfaces plus simples de type incrémentation/décrémentation (up/down). Les potentiomètres numériques sont généralement utilisés dans les circuits nécessitant le contrôle de gain d'amplificateurs (souvent des amplificateurs d'instrumentation), l'équilibrage audio de faible signal ou encore l’ajustement d’offset.
Le matériau résistif est généralement du polysilicium ou une couche mince (thin-film).
La plupart des potentiomètres numériques utilisent une mémoire volatile, ce qui signifie qu'ils perdent leur position lorsqu'ils sont mis hors tension. À la remise sous tension, ils reviennent alors à une valeur par défaut, souvent la position médiane. Dans ce cas, la dernière valeur peut être sauvegardée par le microcontrôleur ou le FPGA auquel ils sont connectés, afin d’être réécrite au redémarrage.
Certains potentiomètres numériques intègrent toutefois leur propre mémoire non volatile de sorte que leur valeur par défaut à la mise sous tension est identique à celle affichée avant la mise hors tension.
Limites Bien qu’ils soient très proches des potentiomètres classiques dans leur principe de fonctionnement, les potentiomètres numériques présentent certaines limitations.
Tout d’abord, ils sont limités en courant, généralement à quelques dizaines de milliampères. De plus, la plupart des modèles restreignent la plage de tension applicable aux deux bornes du réseau résistif à la plage d’alimentation numérique (par exemple 0–5 VDC). Il peut donc être nécessaire d’ajouter un circuit complémentaire pour remplacer un potentiomètre conventionnel dans certaines applications. Il existe toutefois des modèles disposant d’alimentations analogiques séparées (double alimentation), offrant davantage de flexibilité.
Enfin, contrairement au réglage apparemment continu que permet un potentiomètre résistif multitours, le potentiomètre numérique fonctionne par pas discrets de résistance, liés à sa résolution en bits.
Une autre contrainte tient au fait qu’une logique spécifique est souvent nécessaire pour détecter le passage par zéro d'un signal analogique alternatif. Cela permet de modifier la valeur de résistance uniquement lorsque le signal traverse zéro, évitant ainsi un « clic » audible en sortie, notamment dans les amplificateurs audio.
Les potentiomètres numériques à mémoire volatile se distinguent également des modèles électromécaniques sur plusieurs points. Après une coupure d’alimentation, leur valeur de résistance peut revenir à une valeur par défaut différente de celle utilisée avant l’arrêt. De plus, leur résistance n’est garantie que lorsque la tension d’alimentation continue correcte est présente.
Lorsque l’alimentation est coupée, la résistance entre les deux bornes extrêmes et le curseur (théorique) devient indéfinie. Dans un montage à amplificateur opérationnel, l’impédance à l’état hors tension d’un potentiomètre réel peut contribuer à stabiliser le point de fonctionnement continu du circuit lors de la mise sous tension. Ce comportement n’est pas nécessairement assuré avec un potentiomètre numérique.
Les potentiomètres électromécaniques et numériques présentent généralement des tolérances relativement faibles (typiquement ±20 %), de faibles coefficients de température (jusqu'à plusieurs centaines de ppm par degré Celsius), et une résistance résiduelle en butée qui représente généralement environ 0,5 à 1 % de la résistance pleine échelle.
La résistance en butée correspond à la résistance résiduelle mesurée entre une borne et le curseur lorsque la position est réglée sur la valeur minimale théorique.
Avec un potentiomètre numérique, la résistance peut également dépendre de la tension d'alimentation.
Les potentiomètres numériques ont une bande passante limitée en raison des capacités parasites internes au composant. En général, les modèles ayant une résistance totale (entre les deux bornes extrêmes) plus faible offrent une bande passante plus élevée.
L'élément de transmission /commutation du potentiomètre numérique peut engendrer des distorsions harmoniques.
Un convertisseur numérique-analogique (CNA) multiplicateur utilisé comme potentiomètre numérique permet de s'affranchir de la plupart de ces limitations.
On peut ainsi obtenir généralement une plage de signal de +15 V à -15 V avec un contrôle sur 16 bits, soit 65 535 positions discrètes, avec une dérive et une non-linéarité négligeables.
Cependant, le CNA doit être initialisé à chaque mise sous tension du système, ce qui est généralement réalisé par logiciel dans un microcontrôleur embarqué. Un CNA multiplicateur ne peut pas être utilisé directement comme rhéostat (connexion à deux fils). De toute façon, dans ce mode un potentiomètre numérique classique fonctionnerait mal, en raison de son coefficient de température et de ses tolérances de résistance.
Applications
Écrans LCD - réglage du contraste ou de la luminosité Etalonnage de capteurs Contrôle numérique du volume Comparateurs programmables Filtres passe-bas/passe-haut programmables
Alternatives
Potentiomètre motorisé
Voir aussi
Automatisation de la console
Références
Liens externes
Potentiomètre numérique - Le guide des résistances Conception avec les potentiomètres à commande numérique Intersil (XDCP)
Catégorie:Composant électronique