數模轉換器

一種將二進制數字量形式的離散信號轉換成以標準量（或參考量）為基準的模擬量的轉換器，又稱D/A轉換器，簡稱DAC。

簡介

數模轉換器

一種將二進制數字量形式的離散信號轉換成以標準量（或參考量）為基準的模擬量的轉換器，簡稱DAC或D/A轉換器。最常見的數模轉換器是將並行二進制的數字量轉換為直流電壓或直流電流，它常用作過程控制計算機系統的輸出通道，與執行器相連，實現對生產過程的自動控制。數模轉換器電路還用在利用反饋技術的模數轉換器設計中。

轉換方式

數模轉換器

數模轉換有兩種轉換方式：並行數模轉換和串列數模轉換。圖1為典型的並行數模轉換器的結構。虛線框內的數碼操作開關和電阻網路是基本部件。圖中裝置通過一個模擬量參考電壓和一個電阻梯形網路產生以參考量為基準的分數值的權電流或權電壓；而用由數碼輸入量控制的一組開關決定哪一些電流或電壓相加起來形成輸出量。所謂“權”，就是二進制數的每一位所代表的值。例如三位二進制數“111“,右邊第1位的“權”是 20 /23 =1/8；第2位是21 /23 =1/4；第3位是22 /23 =1/2。位數多的依次類推。圖2為這種三位數模轉換器的基本電路,參考電壓VREF在R1、R2、R3中產生二進制權電流,電流通過開關。當該位的值是“0”時,與地接通；當該位的值是“1”時,與輸出相加母線接通。幾路電流之和經過反饋電阻Rf產生輸出電壓。電壓極性與參考量相反。輸入端的數字量每變化1，僅引起輸出相對量變化1/23 =1/8,此值稱為數模轉換器的解析度。位數越多解析度就越高，轉換的精度也越高。工業自動控制系統採用的數模轉換器大多是10位、12位，轉換精度達0.5～0.1％。

數模轉換器

串列數模轉換是將數字量轉換成脈衝序列的數目，一個脈衝相當於數字量的一個單位，然後將每個脈衝變為單位模擬量，並將所有的單位模擬量相加，就得到與數字量成正比的模擬量輸出，從而實現數字量與模擬量的轉換。

技術指標

DAC積分線性誤差

數模轉換器是最基本最重要的混合信號構建模組，其輸出可以是單端，也可以是差分；器件可以是單極性，也可以是雙極性的；DAC的傳遞函式是線性的，也可以是非線性的，如"LogDAC"為對數傳遞函式，主要套用在音頻系統中。實際傳遞函式與理想傳遞函式的擬合度可以用DAC的積分非線性或INL來描述，通常有兩種表達方法：一種是端點方法，如圖1左圖所示，另一種是最佳直線的方法，如圖1右圖所示。即使是簡單的Σ-Δ轉換器那樣並不呈現微分非線性誤差的轉換器也都有INL誤差，而且這個誤差還會影響到雜散和失真的性能。

DAC不僅可以對輸入代碼產生一個量化輸出電平的回響，同時也可以動態產生信號。與ADC一樣，DAC也是一個採樣數據系統，因而遵循奈奎斯特和香農採樣定理。
此外，建立時間是一個DAC設計多方面的技術指標。簡單的可以理解為從輸出電壓離開一個具有指定誤差範圍電平到穩定進入目標誤差範圍電平的時間。有些製造商定義的建立時間還包括與鎖存和開關設定時間相關的暫存器延遲，以及如圖2中所示的左側的死區。前者在使用DAC產生動態信號時更為有用，而後者對於電平設定的調節很重要。不符合建立時間的時序指標可能會導致性能上的問題。

架構

電阻率DAC

DAC的一個基本構建模組是一個簡單的開關。右圖所示為最簡單的電壓輸出DAC架構，包括一個Kelvin分壓器，溫度計式DAC，全解碼器。這種DAC也可稱為電阻串（string）DAC。圖中所示的是一個3位電阻串DAC，一般來講電阻串DAC不超過8位。對於Kelvin分壓式DAC，由輸入代碼的改變而產生的開關毛刺相對恆定，與代碼在DAC範圍內所處位置無關，因此成為了目前較高解析度的分段式DAC的常用構建模組。基準電壓是加在階梯型電阻串的頂部，輸入代碼確定了開關與電阻串的連線。由於CMOS開關漏電流很小，而且可以實現很高的集成度，因此，電阻串DAC常採用CMOS製造工藝。

如果去掉右圖電阻串DAC最上面的電阻，梯形電阻串的上下兩個端點就變成了電位器的兩個端點，從而得到數字電位器，電阻串DAC的輸出成為了電位器的抽頭。

套用

DAC套用1

1.在LCD中用來控制白色LED背光亮度
如圖中所示，環境亮度檢測器輸出一個正比於現有光線亮度的電流，TIA(跨導放大器)將這個小電流轉變成一個電壓，再把這個電壓送入A/D轉換器。系統中的微控制器讀出A/D的輸出，並通過I2C接口對數字電位器進行設定。數字電位器被連線到白色LED驅動器ADM8846的RSet引腳，從而改變了它提供給LED的輸出電流，這樣就完成了對LED的亮度控制。在上電時，AD5245預置為中間阻值。

DAC套用2

2.6通道視頻編碼器ADV7322同時在標清TV和高清TV上顯示視頻的套用
右圖所示的是6通道視頻編碼器ADV7322同時在標清TV和高清TV上顯示視頻的套用。圖中上面的高清TV視頻信號是將模擬的Y、Pr、Pb信號分開，使用三條線纜來獨立傳輸，而下面的標清TV輸入的是複合視頻信號，ADV7322的6路輸出都要加緩衝器以驅動高清和標清的顯示器。此外，由於AD8061具有出色的適合視頻套用的參數特性，所以這裡選用AD8061做緩衝器。ADV7322的輸出還可能根據連線設備的需要，加一個模擬低通濾波器以實現反鏡像濾波。最後需要說明的一點是，雖然ADV7322含有片上基準，但可能還要考慮使用一個更好的外部基準來最佳化其性能，比如AD1580。