本應用筆記比較了數(shù)模轉換器（DAC）和數(shù)字電位器。傳統(tǒng)上，數(shù)字電位器旨在取代簡單的機械電位器。隨著最近分辨率和附加功能的提高，數(shù)字電位計也可用于一些傳統(tǒng)的DAC插座。同樣，傳統(tǒng)的DAC封裝太大，成本太高，無法與數(shù)字電位計競爭。然而，DAC的價格和封裝尺寸已顯著降低，因此在某些插座中可以使用DAC或數(shù)字電位計。

介紹

如果設計人員和采購工程師的應用需要由數(shù)字輸入控制的微調模擬輸出，則有兩種選擇：數(shù)字電位計（電位器）和數(shù)模轉換器（DAC）。兩款器件均使用數(shù)字輸入信號來設置模擬輸出。數(shù)字電位計允許您調整模擬電壓，而DAC則調節(jié)電流和/或電壓。電位計有三個模擬連接：高連接、游標（或模擬輸出）和低連接（圖 1a）。DAC的工作方式非常相似，但不完全相同。在DAC中，高電平連接稱為正基準電壓源，游標稱為DAC輸出，低電平連接要么接地，要么偶爾作為負基準電壓源連接連接（圖1b）。

圖1.傳統(tǒng)上，DAC集成了輸出緩沖器，而數(shù)字電位計則沒有。

傳統(tǒng)上，數(shù)字電位器旨在取代簡單的機械電位器。然而，隨著最近分辨率和附加功能的提高，數(shù)字電位計也可用于一些傳統(tǒng)的DAC插座。DAC和數(shù)字電位計有一些明顯的區(qū)別。最重要的區(qū)別是DAC通常包括輸出放大器/緩沖器，而數(shù)字電位計則沒有。大多數(shù)數(shù)字電位計在沒有外部緩沖器的情況下無法驅動低阻抗負載。對于某些應用，DAC和數(shù)字電位計之間的選擇是明確的。然而，在許多應用中，DAC或電位計將產生所需的結果。

本文將DAC與數(shù)字電位計進行對比，以幫助您確定哪種DAC最適合您的應用。

DAC的基本特性和優(yōu)勢

DAC通常采用電阻串架構或R-2R梯形架構。當使用電阻串時，DAC的輸入控制一組開關，這些開關通過匹配的串聯(lián)電阻分壓基準電壓。DAC R-2R梯形圖通過在正基準電壓和該基準電壓的負側（通常為地）之間切換單個電阻來分壓正基準電壓，從而產生電流。電壓輸出DAC通過輸出放大器將該電流轉換回輸出電壓。電流輸出DAC將R-2R梯形電流直接路由到輸出，或使用放大器緩沖輸出。

選擇DAC涉及多種選擇，包括：串行接口與并行接口;分辨率/位數(shù);輸入通道數(shù);電壓或電流輸出;成本;和相對精度。

DAC與串行或并行接口進行數(shù)字通信。串行接口在單個輸入或輸出線路上逐位按順序發(fā)送數(shù)據(jù)。并行接口同時發(fā)送所有數(shù)據(jù)位，并且每個位需要單獨的引腳/連接。串行接口通常分為兩類：3線（SPI、QSPI??或微線兼容）或2線?（I2C）。一些包含數(shù)字數(shù)據(jù)輸出線的3線接口稱為4線接口。但是，為簡單起見，本文將后一種接口稱為3線接口。

對于速度很重要的應用，并行接口是首選。然而，在尺寸和成本很重要的情況下，3線和2線串行接口是一個不錯的選擇，因為它們需要更少的引腳，而且通常成本更低。一些 3 線接口的工作頻率高達 26MHz，而 2 線接口目前的工作頻率高達 3.4MHz。對于需要多個DAC串聯(lián)以菊花鏈方式串聯(lián)的應用，請選擇3線串行接口。3線和2線接口都可以讀回寫入DAC的數(shù)據(jù)?；刈x數(shù)據(jù)的能力是DAC相對于數(shù)字電位計的另一個優(yōu)勢。

DAC的另一個優(yōu)勢是分辨率。最高分辨率DAC設計有16位或18位輸入，可提供低至微伏范圍的分辨率。例如，具有18.2V基準的5位DAC的最小有效位（LSB）權重為9.54μV。這種分辨率對于機器人或電機等工業(yè)設計非常重要。相比之下，目前分辨率最高的數(shù)字電位計具有10位控制或1024抽頭。

DAC可在單個封裝中集成多個數(shù)據(jù)轉換器。例如，MAX5733具有32路DAC輸出，每路輸出提供16位分辨率。然而，數(shù)字電位計目前設計為最多六個通道。DS3930是目前為數(shù)不多的在單封裝中集成<>個數(shù)字電位器的電位器之一。

DAC通過R-2R梯形圖或電阻串、輸出放大器和MOSFET的組合來驅動電流或電壓輸出。大多數(shù)DAC和數(shù)字電位器之間最顯著的區(qū)別是DAC的輸出放大器。輸出放大器允許DAC驅動低阻抗負載。然而，現(xiàn)在生產的一些電位計帶有輸出放大器。

DAC輸出灌電流和拉電流，為設計人員提供了更大的靈活性。MAX5550的10位DAC輸出通過放大器、p溝道MOSFET和上拉電阻在內部路由，提供能夠提供高達30mA電流的電流輸出。相反，10位MAX5547集成了放大器、n溝道MOSFET和下拉電阻，提供灌電流高達3.6mA的電流輸出。除電流輸出外，一些DAC還具有連接放大器連接，以允許額外的輸出控制。最后一組DAC稱為力/檢測DAC。

由于DAC通常集成內部放大器，因此其成本通常高于數(shù)字電位計。然而，DAC制造商繼續(xù)生產越來越小封裝的DAC，因此其成本繼續(xù)降低。

基本數(shù)字電位器特性和優(yōu)勢

如前所述，數(shù)字電位計允許您使用數(shù)字輸入來控制電阻。上圖1a所示的三端數(shù)字電位計本質上是一個具有固定端到端電阻的可調電阻分壓器。數(shù)字電位計可配置為雙端可變電阻，方法是將游標連接到高端或低端，或浮動高端或低端。與DAC不同，數(shù)字電位計可以使用H連接獲得最高電壓，L連接用于最低電壓，反之亦然。

選擇數(shù)字電位計還涉及多種選擇：線性或對數(shù)錐度以及分辨率/抽頭次數(shù);非易失性存儲器;成本;和接口，提供上/下、按鈕、SPI 和 I2C 選項。

線性電位計比對數(shù)錐度電位器更常見。線性電位計中的每個電阻都相等，因此從低連接到高連接的步驟會產生線性傳遞函數(shù)。然而，對數(shù)錐度電位計通常設計用于適應各種音頻信號。這是因為每步的衰減分貝數(shù)隨著步數(shù)的增加而增加，從而更好地再現(xiàn)人耳的反應。

數(shù)字電位計通過多種類型的接口進行通信：I2C和SPI;2線上/下接口;與SPI略有不同的3線接口;或按鈕上/下界面。MAX5456 32抽頭對數(shù)電位器集成了2線按鈕接口，其兩個數(shù)字連接可以向上或向下移動游標，或向左或向右移動音頻平衡。

使DAC/電位計選擇復雜化的應用

許多應用顯然需要DAC。高分辨率電機、傳感器或機器人應用通常需要DAC的分辨率?；竞?a target="_blank">儀器儀表產品等高速應用需要DAC中的速度、分辨率甚至并行接口。

放大器反饋網(wǎng)絡是一種由于數(shù)字電位計的線性度而更容易實現(xiàn)電位計的應用。對數(shù)電位計比DAC更適合衰減音頻信號。

然而，DAC和數(shù)字電位計之間的傳統(tǒng)界限開始變得模糊。圖2所示為DAC或數(shù)字電位器控制MAX1553 LED驅動器亮度的示例。在這種情況下，MAX1553的BRT輸入端的直流電壓和FB至GND的檢測電阻值決定了LED電流電平。

圖2.MAX1553的BRT引腳上的電壓電平由數(shù)字電位器或DAC設置，通過數(shù)字輸入微調LED電流。

審核編輯：郭婷