DAC與數字電位器：在我的應用中選擇哪種合適？

摘要：本應用筆記對數/模轉換器(DAC)和數字電位進(jìn)行了對比，傳統的數字電位器用于替代機械電位器。隨著(zhù)分辨率的提高和功能的增多，數字電位器也可用來(lái)取代一些傳統的DAC應用。另外，傳統的DAC與數字電位器相比尺寸較大，價(jià)格較高。然而，隨著(zhù)DAC價(jià)格的降低、封裝尺寸的減小，DAC也可用來(lái)取代數字電位器的使用。

概述

利用數字輸入控制微調模擬輸出有兩種選擇：數字電位器(pot)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)。


圖1. DAC通常包含一個(gè)輸出緩沖器，數字電位器則不然。

傳統的數字電位器用于替代簡(jiǎn)單的機械式電位器(詳細信息請參考應用筆記3417：Digital Potentiometers Replace Mechanical Pots。隨著(zhù)數字電位器分辨率的提高，功能的增多，一些傳統的DAC應用也開(kāi)始由數字電位器替代。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。

DAC的基本特點(diǎn)和優(yōu)勢

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DAC 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、成本以及相對精度等。

DAC的通信接口可以是串口和并口，串行接口順序發(fā)送數據，通過(guò)一條輸入或輸出線(xiàn)一位接著(zhù)一位地傳輸。并行接口通是發(fā)送所有的數據位，每一位需要獨立的引腳/連接點(diǎn)。串行接口通常分為兩種類(lèi)型：3線(xiàn)(SPI™、QSPI™或MICROWIRE™兼容)或2線(xiàn)(I²C)。一些3線(xiàn)接口包含數字輸出線(xiàn)，稱(chēng)為4線(xiàn)接口。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本文將其統稱(chēng)為3線(xiàn)接口。

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26MHz的通信速率，2線(xiàn)接口能夠達到3.4MHz的速率。對于需要多個(gè)DAC級聯(lián)的應用可以選擇3線(xiàn)串行接口，3線(xiàn)和2線(xiàn)接口都可以讀回寫(xiě)入DAC的數據。讀回數據是DAC相對于數字電位器的另一個(gè)優(yōu)勢。

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)最低有效位(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)機等產(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1024抽頭。

DAC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是少數幾款單芯片6通道電位器中的一款。

DAC通過(guò)R-2R階梯或電阻串、輸出放大器和MOSFET提供電流或電壓輸出驅動(dòng)，DAC與數字電位器最明顯的差別是DAC的輸出放大器，輸出放大器允許DAC驅動(dòng)低阻負載，但到目前為止，很少有電位器提供輸出放大器。

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配合放大器、n溝道MOSFET和下拉電阻可以提供3.6mA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。后一種DAC也成為加載/感應DAC。

因為DAC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。