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1、 http:/ DAC 与数字电位器：在我的应用中选择哪种合适？ DAC 与数字电位器：在我的应用中选择哪种合适？ 摘要： 本应用笔记对数/模转换器(DAC)和数字电位进行了对比， 传统的数字电位器用于替代 机械电位器。随着分辨率的提高和功能的增多，数字电位器也可用来取代一些传统的 DAC 应用。另外，传统的 DAC 与数字电位器相比尺寸较大，价格较高。然而，随着 DAC 价格的降 低、封装尺寸的减小，DAC 也可用来取代数字电位器的使用。 概述概述 利用数字输入控制微调模拟输出有两种选择：数字电位器(pot)和数/模转换器(DAC)，两者 均采用数字输入控制模拟输出。 通过数字电位器可以调整
2、模拟电压； 通过 DAC 既可以调整电 流、也可以调整电压。电位器有三个模拟连接端：高端、抽头端(或模拟输出)和低端(见图 1a图 1a)。DAC 具有队应的三个端点：高端对应于正基准电压，抽头端对应于 DAC 输出，低端则 可能对应于接地端或负基准电压端(见图 1b图 1b)。 图 1. DAC 通常包含一个输出缓冲器，数字电位器则不然。 传统的数字电位器用于替代简单的机械式电位器(详细信息请参考应用笔记 3417：Digital Potentiometers Replace Mechanical Pots。随着数字电位器分辨率的提高，功能的增多， 一些传统的DAC应用也开始由数字电位器替代
3、。 DAC和数字电位器存在一些明显区别， 最明显 的差异是DAC通常包括一个输出放大器/缓冲器， 而数字电位器却没有。 大部分数字电位器需 要借助外部缓冲器驱动低阻负载。有些应用中，用户可以轻易地在DAC和数字电位器之间做 出选择；而有些应用中两者都能满足需求。 本文对DAC和数字电位器进行了比较，便于用户做出最恰当的选择。 DAC 的基本特点和优势DAC 的基本特点和优势 DAC通常采用电阻串结构或R-2R阶梯架构，使用电阻串时，DAC输入控制着一组开关，这些开 关通过匹配的一系列电阻对基准电压分压。对于DAC R-2R阶梯架构，通过切换每个电阻对正http:/ 基准电压进行分压，从而产生受
4、控电流。该电流送入输出放大器，电压输出DAC将此电流转 换成电压输出，电流输出DAC则将R-2R阶梯电流通过放大器缓冲后输出。 如果选择DAC，还要考虑具体指标，如串口/并口、分辨率、输入通道数、电流/电压输出、 成本以及相对精度等。 DAC的通信接口可以是串口和并口，串行接口顺序发送数据，通过一条输入或输出线一位接 着一位地传输。并行接口通是发送所有的数据位，每一位需要独立的引脚/连接点。串行接 口通常分为两种类型：3 线(SPI、QSPI或MICROWIRE兼容)或 2 线(IC)。一些 3 线接口包 含数字输出线，称为 4 线接口。为简单起见，本文将其统称为 3 线接口。 对于注重速度的
5、系统， 可以选用并行接口； 如果注重成本和尺寸， 则可选用 3 线或 2 线串口， 这种器件引脚数较少，可显著降低成本，而且，有些 3 线接口能达到 26MHz的通信速率，2 线接口能够达到 3.4MHz的速率。对于需要多个DAC级联的应用可以选择 3 线串行接口，3 线 和 2 线接口都可以读回写入DAC的数据。读回数据是DAC相对于数字电位器的另一个优势。 DAC的另一个指标是分辨率，16 位或 18 位DAC可以提供微伏级控制。例如，一个 18 位、2.5V 基准的DAC，每个最低有效位(LSB)对应于 9.54V，高分辨率对于工业控制(如机器人、发动 机等产品)极为重要。目前，数字电位
6、器能够提供的最高分辨率是 10 位或 1024 抽头。 DAC的另一个优势是能够在单芯片内集成多路转换器，例如，MAX5733内置 32 路DAC，每路都 能提供 16 位的分辨率。当前的数字电位器最多只能提供 6 个通道，如DS3930是少数几款单 芯片 6 通道电位器中的一款。 DAC通过R-2R阶梯或电阻串、 输出放大器和MOSFET提供电流或电压输出驱动， DAC与数字电位 器最明显的差别是DAC的输出放大器，输出放大器允许DAC驱动低阻负载，但到目前为止，很 少有电位器提供输出放大器。 DAC能够源出或吸入电流，为设计者提供更大的灵活性。例如，MAX5550 10 位DAC通过内部
7、放大器、p沟道MOSFET和上拉电阻能够提供高达 30mA的输出驱动。而MAX5547 10 位DAC配合 放大器、n沟道MOSFET和下拉电阻可以提供 3.6mA的吸电流。除电流输出外，一些DAC还可以 与外部放大器连接提供额外的输出控制。后一种DAC也成为加载/感应DAC。 因为DAC通常内置放大器，成本要高于数字电位器。但随着新型DAC尺寸的缩小，成本差异也 越来越小。 数字电位器的基本特点和优势数字电位器的基本特点和优势 前面已谈到数字电位器可以通过数字输入控制电阻。图 1a中的 3 端数字电位器实际上是一http:/ 个固定端到端电阻的可调电阻分压器。 通过将电位器中心抽头与高端或低
8、端相连， 或使高端 或低端浮空，数字电位器能配置成 2 端可变电阻。与DAC不同，数字电位器能将H端接最高电 压，L端接最低电压，或反向连接。 选用数字电位器时，用户也需考虑具体的指标：线性或对数调节、抽头数、抽头级数、非易 失存储器、成本等。控制接口有增/减控制、按钮、SPI和IC。 线性电位器比对数电位器更通用， 线性电位器中的每个抽头电阻相同， 从低端到高端的变化 为线性传输函数。 对数抽头的电位器一般用于音频信号的调节。 因为每变化一级对应的分贝 数需要与人耳的响应特性一致。 数字电位器通过及种类型的接口通信， 包括IC和SPI。 此外， 数字电位器还提供 2 线的递增、 递减接口控制
9、；与SPI略有不同的 3 线接口；按键增/减控制方式。MAX5456 32 抽头数字电 位器组合了 2 线按键控制接口，其两路数字电位器的中心抽头可以上、下调节，或均衡左、 右声道的音频信号。 DAC/电位器的应用选择DAC/电位器的应用选择 很多应用场合，用户可以轻易地在DAC和电位器之间做出选择。要求高分辨率的电机控制、 传感器或机器人系统，需要选用DAC。另外，高速应用中，例如基站、仪表等对速度、分辨 率要求较高，甚至需要并行接口的DAC。 电位器的线性特性便于构建放大器的反馈网络。相对于DAC，对数电位器更适合音量调节。 但在当前的许多应用中,DAC与数字电位器之间选择的界限比较模糊，图 2图 2 中的DAC和数字电 位器都可用于控制MAX1553 LED驱动器的亮度调节。MAX1153 BRT输入的直流电压和FB与GND 之间的检流电阻决定了LED的电流。 图 2. 利用数字电位器或DAC控制MAX1553 的BRT引脚，调节LED电流 http:/ 本文来源：美信
