本應用筆記比較了數模轉換器（DAC）和數字電位器。傳統上，數字電位器旨在取代簡單的機械電位器。隨著最近分辨率和附加功能的提高，數字電位計也可用于一些傳統的DAC插座。同樣，傳統的DAC封裝太大，成本太高，無法與數字電位計競爭。然而，DAC的價格和封裝尺寸已顯著降低，因此在某些插座中可以使用DAC或數字電位計。

介紹

如果設計人員和采購工程師的應用需要由數字輸入控制的微調模擬輸出，則有兩種選擇：數字電位計（電位器）和數模轉換器（DAC）。兩款器件均使用數字輸入信號來設置模擬輸出。數字電位計允許您調整模擬電壓，而DAC則調節電流和/或電壓。電位計有三個模擬連接：高連接、游標（或模擬輸出）和低連接（圖 1a）。DAC的工作方式非常相似，但不完全相同。在DAC中，高電平連接稱為正基準電壓源，游標稱為DAC輸出，低電平連接要么接地，要么偶爾作為負基準電壓源連接連接（圖1b）。

圖1.傳統上，DAC集成了輸出緩沖器，而數字電位計則沒有。

傳統上，數字電位器旨在取代簡單的機械電位器。然而，隨著最近分辨率和附加功能的提高，數字電位計也可用于一些傳統的DAC插座。DAC和數字電位計有一些明顯的區別。最重要的區別是DAC通常包括輸出放大器/緩沖器，而數字電位計則沒有。大多數數字電位計在沒有外部緩沖器的情況下無法驅動低阻抗負載。對于某些應用，DAC和數字電位計之間的選擇是明確的。然而，在許多應用中，DAC或電位計將產生所需的結果。

本文將DAC與數字電位計進行對比，以幫助您確定哪種DAC最適合您的應用。

DAC的基本特性和優勢

DAC通常采用電阻串架構或R-2R梯形架構。當使用電阻串時，DAC的輸入控制一組開關，這些開關通過匹配的串聯電阻分壓基準電壓。DAC R-2R梯形圖通過在正基準電壓和該基準電壓的負側（通常為地）之間切換單個電阻來分壓正基準電壓，從而產生電流。電壓輸出DAC通過輸出放大器將該電流轉換回輸出電壓。電流輸出DAC將R-2R梯形電流直接路由到輸出，或使用放大器緩沖輸出。

選擇DAC涉及多種選擇，包括：串行接口與并行接口;分辨率/位數;輸入通道數;電壓或電流輸出;成本;和相對精度。

DAC與串行或并行接口進行數字通信。串行接口在單個輸入或輸出線路上逐位按順序發送數據。并行接口同時發送所有數據位，并且每個位需要單獨的引腳/連接。串行接口通常分為兩類：3線（SPI、QSPI??或微線兼容）或2線?（I2C）。一些包含數字數據輸出線的3線接口稱為4線接口。但是，為簡單起見，本文將后一種接口稱為3線接口。

對于速度很重要的應用，并行接口是首選。然而，在尺寸和成本很重要的情況下，3線和2線串行接口是一個不錯的選擇，因為它們需要更少的引腳，而且通常成本更低。一些 3 線接口的工作頻率高達 26MHz，而 2 線接口目前的工作頻率高達 3.4MHz。對于需要多個DAC串聯以菊花鏈方式串聯的應用，請選擇3線串行接口。3線和2線接口都可以讀回寫入DAC的數據。回讀數據的能力是DAC相對于數字電位計的另一個優勢。

DAC的另一個優勢是分辨率。最高分辨率DAC設計有16位或18位輸入，可提供低至微伏范圍的分辨率。例如，具有18.2V基準的5位DAC的最小有效位（LSB）權重為9.54μV。這種分辨率對于機器人或電機等工業設計非常重要。相比之下，目前分辨率最高的數字電位計具有10位控制或1024抽頭。

DAC可在單個封裝中集成多個數據轉換器。例如，MAX5733具有32路DAC輸出，每路輸出提供16位分辨率。然而，數字電位計目前設計為最多六個通道。DS3930是目前為數不多的在單封裝中集成<>個數字電位器的電位器之一。

DAC通過R-2R梯形圖或電阻串、輸出放大器和MOSFET的組合來驅動電流或電壓輸出。大多數DAC和數字電位器之間最顯著的區別是DAC的輸出放大器。輸出放大器允許DAC驅動低阻抗負載。然而，現在生產的一些電位計帶有輸出放大器。

DAC輸出灌電流和拉電流，為設計人員提供了更大的靈活性。MAX5550的10位DAC輸出通過放大器、p溝道MOSFET和上拉電阻在內部路由，提供能夠提供高達30mA電流的電流輸出。相反，10位MAX5547集成了放大器、n溝道MOSFET和下拉電阻，提供灌電流高達3.6mA的電流輸出。除電流輸出外，一些DAC還具有連接放大器連接，以允許額外的輸出控制。最后一組DAC稱為力/檢測DAC。

由于DAC通常集成內部放大器，因此其成本通常高于數字電位計。然而，DAC制造商繼續生產越來越小封裝的DAC，因此其成本繼續降低。

基本數字電位器特性和優勢

如前所述，數字電位計允許您使用數字輸入來控制電阻。上圖1a所示的三端數字電位計本質上是一個具有固定端到端電阻的可調電阻分壓器。數字電位計可配置為雙端可變電阻，方法是將游標連接到高端或低端，或浮動高端或低端。與DAC不同，數字電位計可以使用H連接獲得最高電壓，L連接用于最低電壓，反之亦然。

選擇數字電位計還涉及多種選擇：線性或對數錐度以及分辨率/抽頭次數;非易失性存儲器;成本;和接口，提供上/下、按鈕、SPI 和 I2C 選項。

線性電位計比對數錐度電位器更常見。線性電位計中的每個電阻都相等，因此從低連接到高連接的步驟會產生線性傳遞函數。然而，對數錐度電位計通常設計用于適應各種音頻信號。這是因為每步的衰減分貝數隨著步數的增加而增加，從而更好地再現人耳的反應。

數字電位計通過多種類型的接口進行通信：I2C和SPI;2線上/下接口;與SPI略有不同的3線接口;或按鈕上/下界面。MAX5456 32抽頭對數電位器集成了2線按鈕接口，其兩個數字連接可以向上或向下移動游標，或向左或向右移動音頻平衡。

使DAC/電位計選擇復雜化的應用

許多應用顯然需要DAC。高分辨率電機、傳感器或機器人應用通常需要DAC的分辨率。基站和儀器儀表產品等高速應用需要DAC中的速度、分辨率甚至并行接口。

放大器反饋網絡是一種由于數字電位計的線性度而更容易實現電位計的應用。對數電位計比DAC更適合衰減音頻信號。

然而，DAC和數字電位計之間的傳統界限開始變得模糊。圖2所示為DAC或數字電位器控制MAX1553 LED驅動器亮度的示例。在這種情況下，MAX1553的BRT輸入端的直流電壓和FB至GND的檢測電阻值決定了LED電流電平。

圖2.MAX1553的BRT引腳上的電壓電平由數字電位器或DAC設置，通過數字輸入微調LED電流。

審核編輯：郭婷