数/模转换器与数字电位器的选择

1 引言
    利用数字输入控制微调模拟输出有两种选择：数字电位器和数/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)。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)。
    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。

2 数/模转换器
    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R-2R阶梯架构，通过切换每个电阻对正基准电压进行分压，从而产生受控电流。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、成本等。对于注重速度的系统，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26 MHz的通信速率，2线接口能够达到3.4 MHz的速率。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LSB对应于9.54μV，高分辨率对于工业控制(如机器人、发动机)产品极为重要。目前，数字电位器能够提供的最高分辨率是10位或1 024抽头。数/模转换器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。
    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结合放大器、N沟道MOSFET和下拉电阻可以提供3.6 mA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。因为数/模转换器通常内置放大器，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。

3 数字电位器
    前面已谈到数字电位器可以通过数字输入控制电阻。图la中的3端数字电位器实际上是一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。与数/模转换器不同，数字电位器能将H端接最高电压或最低电压端。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。控制接口有递增/递减、按钮、SPI和I2C。

    与数/模转换器一样，数字电位器通过串口通信，包括I2C和SPI。此外，数字电位器还提供了2线的递增、递减接口控制。通常，DAC与数字电位器的显著区别在于数/模转换器内部带有输出放大器。通过该输出放大器可以驱动低阻负载。

4 DAC/电位器的选择
    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实现放大器反馈网络。相对于数/模转换器，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中的DAC和数字电位器都可用于控制MAXl553 LED驱动器。MAXll53亮度(BRT)输入的直流电压和检流电阻决定了LED的电流。