概述

利用數(shù)字輸入控制微調(diào)模擬輸出有兩種選擇：數(shù)字電位器(pot)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC),，兩者均采用數(shù)字輸入控制模擬輸出。通過數(shù)字電位器可以調(diào)整模擬電壓,；通過DAC既可以調(diào)整電流,、也可以調(diào)整電壓。電位器有三個模擬連接端：高端,、抽頭端(或模擬輸出)和低端(見圖1a),。DAC具有隊?wèi)?yīng)的三個端點：高端對應(yīng)于正基準(zhǔn)電壓，抽頭端對應(yīng)于DAC輸出,，低端則可能對應(yīng)于接地端或負(fù)基準(zhǔn)電壓端(見圖1),。                                                 

傳統(tǒng)的數(shù)字電位器用于替代簡單的機(jī)械式電位器(詳細(xì)信息請參考應(yīng)用筆記3417：Digital Potentiometers Replace Mechanical Pots。隨著數(shù)字電位器分辨率的提高,，功能的增多,，一些傳統(tǒng)的DAC應(yīng)用也開始由數(shù)字電位器替代。DAC和數(shù)字電位器存在一些明顯區(qū)別,，最明顯的差異是DAC通常包括一個輸出放大器/緩沖器,，而數(shù)字電位器卻沒有。大部分?jǐn)?shù)字電位器需要借助外部緩沖器驅(qū)動低阻負(fù)載,。有些應(yīng)用中,，用戶可以輕易地在DAC和數(shù)字電位器之間做出選擇；而有些應(yīng)用中兩者都能滿足需求,。

                                                     圖1. DAC通常包含一個輸出緩沖器,，數(shù)字電位器則不然。

本文對DAC和數(shù)字電位器進(jìn)行了比較,，便于用戶做出最恰當(dāng)?shù)倪x擇,。

DAC的基本特點和優(yōu)勢

DAC通常采用電阻串結(jié)構(gòu)或R-2R階梯架構(gòu)，使用電阻串時,，DAC輸入控制著一組開關(guān),，這些開關(guān)通過匹配的一系列電阻對基準(zhǔn)電壓分壓。對于DAC R-2R階梯架構(gòu),，通過切換每個電阻對正基準(zhǔn)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(zhuǎn)換成電壓輸出,，電流輸出DAC則將R-2R階梯電流通過放大器緩沖后輸出。

如果選擇DAC,，還要考慮具體指標(biāo),，如串口/并口、分辨率,、輸入通道數(shù),、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(shù)據(jù)，通過一條輸入或輸出線一位接著一位地傳輸,。并行接口通是發(fā)送所有的數(shù)據(jù)位,，每一位需要獨立的引腳/連接點。串行接口通常分為兩種類型：3線(SPI,、QSPI或MICROWIRE兼容)或2線(I2C),。一些3線接口包含數(shù)字輸出線,，稱為4線接口。為簡單起見,，本文將其統(tǒng)稱為3線接口,。
對于注重速度的系統(tǒng)，可以選用并行接口,；如果注重成本和尺寸,，則可選用3線或2線串口，這種器件引腳數(shù)較少,，可顯著降低成本,，而且，有些3線接口能達(dá)到26MHz的通信速率,，2線接口能夠達(dá)到3.4MHz的速率,。對于需要多個DAC級聯(lián)的應(yīng)用可以選擇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),。讀回數(shù)據(jù)是DAC相對于數(shù)字電位器的另一個優(yōu)勢,。

DAC的另一個指標(biāo)是分辨率，16位或18位DAC可以提供微伏級控制,。例如,，一個18位、2.5V基準(zhǔn)的DAC,，每個最低有效位(LSB)對應(yīng)于9.54μV,，高分辨率對于工業(yè)控制(如機(jī)器人、發(fā)動機(jī)等產(chǎn)品)極為重要,。目前,，數(shù)字電位器能夠提供的最高分辨率是10位或1024抽頭。

DAC的另一個優(yōu)勢是能夠在單芯片內(nèi)集成多路轉(zhuǎn)換器,，例如,，MAX5733內(nèi)置32路DAC，每路都能提供16位的分辨率,。當(dāng)前的數(shù)字電位器最多只能提供6個通道,，如DS3930是少數(shù)幾款單芯片6通道電位器中的一款。

DAC通過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(qū)動,，DAC與數(shù)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(qū)動低阻負(fù)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(shè)計者提供更大的靈活性,。例如,，MAX5550 10位DAC通過內(nèi)部放大器、p溝道MOSFET和上拉電阻能夠提供高達(dá)30mA的輸出驅(qū)動,。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(yīng)DAC,。

因為DAC通常內(nèi)置放大器,，成本要高于數(shù)字電位器。但隨著新型DAC尺寸的縮小,，成本差異也越來越小,。

數(shù)字電位器的基本特點和優(yōu)勢

前面已談到數(shù)字電位器可以通過數(shù)字輸入控制電阻。圖1a中的3端數(shù)字電位器實際上是一個固定端到端電阻的可調(diào)電阻分壓器,。通過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(shù)字電位器能配置成2端可變電阻,。與DAC不同,，數(shù)字電位器能將H端接最高電壓，L端接最低電壓,，或反向連接,。

選用數(shù)字電位器時，用戶也需考慮具體的指標(biāo)：線性或?qū)?shù)調(diào)節(jié),、抽頭數(shù),、抽頭級數(shù)、非易失存儲器,、成本等,。控制接口有增/減控制,、按鈕,、SPI和I2C。

線性電位器比對數(shù)電位器更通用,，線性電位器中的每個抽頭電阻相同,，從低端到高端的變化為線性傳輸函數(shù)。對數(shù)抽頭的電位器一般用于音頻信號的調(diào)節(jié),。因為每變化一級對應(yīng)的分貝數(shù)需要與人耳的響應(yīng)特性一致,。

數(shù)字電位器通過及種類型的接口通信，包括I2C和SPI。此外,，數(shù)字電位器還提供2線的遞增,、遞減接口控制；與SPI略有不同的3線接口,；按鍵增/減控制方式,。MAX5456 32抽頭數(shù)字電位器組合了2線按鍵控制接口，其兩路數(shù)字電位器的中心抽頭可以上,、下調(diào)節(jié),，或均衡左、右聲道的音頻信號,。

DAC/電位器的應(yīng)用選擇

很多應(yīng)用場合,，用戶可以輕易地在DAC和電位器之間做出選擇。要求高分辨率的電機(jī)控制,、傳感器或機(jī)器人系統(tǒng),，需要選用DAC。另外,，高速應(yīng)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。

電位器的線性特性便于構(gòu)建放大器的反饋網(wǎng)絡(luò),。相對于DAC,，對數(shù)電位器更適合音量調(diào)節(jié)。

但在當(dāng)前的許多應(yīng)用中,DAC與數(shù)字電位器之間選擇的界限比較模糊,，圖2中的DAC和數(shù)字電位器都可用于控制MAX1553 LED驅(qū)動器的亮度調(diào)節(jié),。MAX1153 BRT輸入的直流電壓和FB與GND之間的檢流電阻決定了LED的電流。
 

                                        圖2. 利用數(shù)字電位器或DAC控制MAX1553的BRT引腳,，調(diào)節(jié)LED電流