DAC与数字电位器：哪个适合我的应用

本应用笔记比较了数模转换器（DAC）和数字电位器。传统上，数字电位器旨在取代简单的机械电位器。随着最近分辨率和附加功能的提高，数字电位计也可用于一些传统的DAC插座。同样，传统的DAC封装太大，成本太高，无法与数字电位计竞争。然而，DAC的价格和封装尺寸已显著降低，因此在某些插座中可以使用DAC或数字电位计。

介绍

如果设计人员和采购工程师的应用需要由数字输入控制的微调模拟输出，则有两种选择：数字电位计（电位器）和数模转换器（DAC）。两款器件均使用数字输入信号来设置模拟输出。数字电位计允许您调整模拟电压，而DAC则调节电流和/或电压。电位计有三个模拟连接：高连接、游标（或模拟输出）和低连接（图 1a）。DAC的工作方式非常相似，但不完全相同。在DAC中，高电平连接称为正基准电压源，游标称为DAC输出，低电平连接要么接地，要么偶尔作为负基准电压源连接连接（图1b）。

图1.传统上，DAC集成了输出缓冲器，而数字电位计则没有。

传统上，数字电位器旨在取代简单的机械电位器。然而，随着最近分辨率和附加功能的提高，数字电位计也可用于一些传统的DAC插座。DAC和数字电位计有一些明显的区别。最重要的区别是DAC通常包括输出放大器/缓冲器，而数字电位计则没有。大多数数字电位计在没有外部缓冲器的情况下无法驱动低阻抗负载。对于某些应用，DAC和数字电位计之间的选择是明确的。然而，在许多应用中，DAC或电位计将产生所需的结果。

本文将DAC与数字电位计进行对比，以帮助您确定哪种DAC最适合您的应用。

DAC的基本特性和优势

DAC通常采用电阻串架构或R-2R梯形架构。当使用电阻串时，DAC的输入控制一组开关，这些开关通过匹配的串联电阻分压基准电压。DAC R-2R梯形图通过在正基准电压和该基准电压的负侧（通常为地）之间切换单个电阻来分压正基准电压，从而产生电流。电压输出DAC通过输出放大器将该电流转换回输出电压。电流输出DAC将R-2R梯形电流直接路由到输出，或使用放大器缓冲输出。

选择DAC涉及多种选择，包括：串行接口与并行接口;分辨率/位数;输入通道数;电压或电流输出;成本;和相对精度。

DAC与串行或并行接口进行数字通信。串行接口在单个输入或输出线路上逐位按顺序发送数据。并行接口同时发送所有数据位，并且每个位需要单独的引脚/连接。串行接口通常分为两类：3线（SPI、QSPI™™或微线兼容）或2线™（I²C）。一些包含数字数据输出线的3线接口称为4线接口。但是，为简单起见，本文将后一种接口称为3线接口。

对于速度很重要的应用，并行接口是首选。然而，在尺寸和成本很重要的情况下，3线和2线串行接口是一个不错的选择，因为它们需要更少的引脚，而且通常成本更低。一些 3 线接口的工作频率高达 26MHz，而 2 线接口目前的工作频率高达 3.4MHz。对于需要多个DAC串联以菊花链方式串联的应用，请选择3线串行接口。3线和2线接口都可以读回写入DAC的数据。回读数据的能力是DAC相对于数字电位计的另一个优势。

DAC的另一个优势是分辨率。最高分辨率DAC设计有16位或18位输入，可提供低至微伏范围的分辨率。例如，具有18.2V基准的5位DAC的最小有效位（LSB）权重为9.54μV。这种分辨率对于机器人或电机等工业设计非常重要。相比之下，目前分辨率最高的数字电位计具有10位控制或1024抽头。

DAC可在单个封装中集成多个数据转换器。例如，MAX5733具有32路DAC输出，每路输出提供16位分辨率。然而，数字电位计目前设计为最多六个通道。DS3930是目前为数不多的在单封装中集成<>个数字电位器的电位器之一。

DAC通过R-2R梯形图或电阻串、输出放大器和MOSFET的组合来驱动电流或电压输出。大多数DAC和数字电位器之间最显著的区别是DAC的输出放大器。输出放大器允许DAC驱动低阻抗负载。然而，现在生产的一些电位计带有输出放大器。

DAC输出灌电流和拉电流，为设计人员提供了更大的灵活性。MAX5550的10位DAC输出通过放大器、p沟道MOSFET和上拉电阻在内部路由，提供能够提供高达30mA电流的电流输出。相反，10位MAX5547集成了放大器、n沟道MOSFET和下拉电阻，提供灌电流高达3.6mA的电流输出。除电流输出外，一些DAC还具有连接放大器连接，以允许额外的输出控制。最后一组DAC称为力/检测DAC。

由于DAC通常集成内部放大器，因此其成本通常高于数字电位计。然而，DAC制造商继续生产越来越小封装的DAC，因此其成本继续降低。

基本数字电位器特性和优势

如前所述，数字电位计允许您使用数字输入来控制电阻。上图1a所示的三端数字电位计本质上是一个具有固定端到端电阻的可调电阻分压器。数字电位计可配置为双端可变电阻，方法是将游标连接到高端或低端，或浮动高端或低端。与DAC不同，数字电位计可以使用H连接获得最高电压，L连接用于最低电压，反之亦然。

选择数字电位计还涉及多种选择：线性或对数锥度以及分辨率/抽头次数;非易失性存储器;成本;和接口，提供上/下、按钮、SPI 和 I²C 选项。

线性电位计比对数锥度电位器更常见。线性电位计中的每个电阻都相等，因此从低连接到高连接的步骤会产生线性传递函数。然而，对数锥度电位计通常设计用于适应各种音频信号。这是因为每步的衰减分贝数随着步数的增加而增加，从而更好地再现人耳的反应。

数字电位计通过多种类型的接口进行通信：I²C和SPI;2线上/下接口;与SPI略有不同的3线接口;或按钮上/下界面。MAX5456 32抽头对数电位器集成了2线按钮接口，其两个数字连接可以向上或向下移动游标，或向左或向右移动音频平衡。

使DAC/电位计选择复杂化的应用

许多应用显然需要DAC。高分辨率电机、传感器或机器人应用通常需要DAC的分辨率。基站和仪器仪表产品等高速应用需要DAC中的速度、分辨率甚至并行接口。

放大器反馈网络是一种由于数字电位计的线性度而更容易实现电位计的应用。对数电位计比DAC更适合衰减音频信号。

然而，DAC和数字电位计之间的传统界限开始变得模糊。图2所示为DAC或数字电位器控制MAX1553 LED驱动器亮度的示例。在这种情况下，MAX1553的BRT输入端的直流电压和FB至GND的检测电阻值决定了LED电流电平。

图2.MAX1553的BRT引脚上的电压电平由数字电位器或DAC设置，通过数字输入微调LED电流。

审核编辑：郭婷