數字電位器與數模轉換器的區別

1 引言

　　利用數字輸入控制微調模擬輸出有兩種選擇：數字電位器和數/模轉換器(DAC)，兩者均采用數字輸入控制模擬輸出。通過(guò)數字電位器可以調整模擬電壓;通過(guò)DAC既可以調整電流，也可以調整電壓。電位器有三個(gè)模擬連接端：高端、抽頭端(或模擬輸出)和低端(見(jiàn)圖1a)。DAC具有隊應的三個(gè)端點(diǎn)：高端對應于正基準電壓，抽頭端對應于DAC輸出，低端則可能對應于接地端或負基準電壓端(見(jiàn)圖1b)。

　　DAC和數字電位器存在一些明顯區別，最明顯的差異是DAC通常包括一個(gè)輸出放大器/緩沖器，而數字電位器卻沒(méi)有。大部分數字電位器需要借助外部緩沖器驅動(dòng)低阻負載。有些應用中，用戶(hù)可以輕易地在DAC和數字電位器之間做出選擇;而有些應用中兩者都能滿(mǎn)足需求。本文對DAC和數字電位器進(jìn)行了比較，便于用戶(hù)做出最恰當的選擇。

　　2 數/模轉換器

　　DAC通常采用電阻串結構或R-2R階梯架構，使用電阻串時(shí)，DAC輸入控制著(zhù)一組開(kāi)關(guān)，這些開(kāi)關(guān)通過(guò)匹配的一系列電阻對基準電壓分壓。對于R-2R階梯架構，通過(guò)切換每個(gè)電阻對正基準電壓進(jìn)行分壓，從而產(chǎn)生受控電流。該電流送入輸出放大器，電壓輸出DAC將此電流轉換成電壓輸出，電流輸出DAC則將R-2R階梯電流通過(guò)放大器緩沖后輸出。如果選擇DAC，還要考慮具體指標，如串口/并口、分辨率、輸入通道數、電流/電壓輸出、成本等。對于注重速度的系統，可以選用并行接口;如果注重成本和尺寸，則可選用3線(xiàn)或2線(xiàn)串口，這種器件引腳數較少，可顯著(zhù)降低成本，而且，有些3線(xiàn)接口能達到26 MHz的通信速率，2線(xiàn)接口能夠達到3.4 MHz的速率。DAC的另一個(gè)指標是分辨率，16位或18位DAC可以提供微伏級控制。例如，一個(gè)18位、2.5V基準的DAC，每個(gè)LSB對應于9.54μV，高分辨率對于工業(yè)控制(如機器人、發(fā)動(dòng)機)產(chǎn)品極為重要。目前，數字電位器能夠提供的最高分辨率是10位或1 024抽頭。數/模轉換器的另一個(gè)優(yōu)勢是能夠在單芯片內集成多路轉換器，例如，MAX5733內置32路DAC，每路都能提供16位的分辨率。當前的數字電位器最多只能提供6個(gè)通道，如DS3930。

　　DAC能夠源出或吸入電流，為設計者提供更大的靈活性。例如，MAX5550 10位DAC通過(guò)內部放大器、P溝道MOSFET和上拉電阻能夠提供高達30mA的輸出驅動(dòng)。而MAX5547 10位DAC結合放大器、N溝道MOSFET和下拉電阻可以提供3.6 mA的吸電流。除電流輸出外，一些DAC還可以與外部放大器連接提供額外的輸出控制。因為數/模轉換器通常內置放大器，成本要高于數字電位器。但隨著(zhù)新型DAC尺寸的縮小，成本差異也越來(lái)越小。

　　3 數字電位器

　　前面已談到數字電位器可以通過(guò)數字輸入控制電阻。圖la中的3端數字電位器實(shí)際上是一個(gè)固定端到端電阻的可調電阻分壓器。通過(guò)將電位器中心抽頭與高端或低端相連，或使高端或低端浮空，數字電位器能配置成2端可變電阻。與數/模轉換器不同，數字電位器能將H端接最高電壓或最低電壓端。選用數字電位器時(shí)，用戶(hù)也需考慮具體的指標：線(xiàn)性或對數調節、抽頭數、抽頭級數、非易失存儲器、成本等?？刂平涌谟羞f增/遞減、按鈕、SPI和I2C。

　　與數/模轉換器一樣，數字電位器通過(guò)串口通信，包括I2C和SPI。此外，數字電位器還提供了2線(xiàn)的遞增、遞減接口控制。通常，DAC與數字電位器的顯著(zhù)區別在于數/模轉換器內部帶有輸出放大器。通過(guò)該輸出放大器可以驅動(dòng)低阻負載。

　　4 DAC/電位器的選擇

　　很多應用場(chǎng)合，用戶(hù)可以輕易地在DAC和電位器之間做出選擇。要求高分辨率的電機控制、傳感器或機器人系統，需要選用DAC。另外，高速應用中，例如基站、儀表等對速度、分辨率要求較高，甚至需要并行接口的DAC。電位器的線(xiàn)性特性便于實(shí)現放大器反饋網(wǎng)絡(luò )。相對于數/模轉換器，對數電位器更適合音量調節。

　　但在當前的許多應用中，DAC與數字電位器之間選擇的界限比較模糊，圖2中的DAC和數字電位器都可用于控制MAXl553 LED驅動(dòng)器。MAXll53亮度(BRT)輸入的直流電壓和檢流電阻決定了LED的電流。