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微調(diào)模擬輸出:數(shù)/模轉(zhuǎn)換器or數(shù)字電位器?

發(fā)布時間:2012-08-14

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

1 引言


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1b)。

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

2 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

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R-2R階梯架構(gòu),通過切換每個電阻對正基準(zhǔn)電壓進行分壓,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、成本等。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線接口能達到26 MHz的通信速率,2線接口能夠達到3.4 MHz的速率。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LSB對應(yīng)于9.54μV,高分辨率對于工業(yè)控制(如機器人、發(fā)動機)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1 024抽頭。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的另一個優(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。

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30mA的輸出驅(qū)動。而MAX5547 10位DAC結(jié)合放大器、N溝道MOSFET和下拉電阻可以提供3.6 mA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。因為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器通常內(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。

3 數(shù)字電位器

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la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。與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器不同,數(shù)字電位器能將H端接最高電壓或最低電壓端。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??刂平涌谟羞f增/遞減、按鈕、SPI和I2C。

與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器一樣,數(shù)字電位器通過串口通信,包括I2C和SPI。此外,數(shù)字電位器還提供了2線的遞增、遞減接口控制。通常,DAC與數(shù)字電位器的顯著區(qū)別在于數(shù)/模轉(zhuǎn)換器內(nèi)部帶有輸出放大器。通過該輸出放大器可以驅(qū)動低阻負(fù)載。

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4 DAC/電位器的選擇

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控制、傳感器或機器人系統(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實現(xiàn)放大器反饋網(wǎng)絡(luò)。相對于數(shù)/模轉(zhuǎn)換器,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MAXl553 LED驅(qū)動器。MAXll53亮度(BRT)輸入的直流電壓和檢流電阻決定了LED的電流。
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