数模转换器(DAC) -类型，工作原理，应用

数模转换器(DAC)是一种将数字信号转换为模拟电压/电流的集成电路，它是进一步模拟信号处理所必需的。这篇文章将详细讨论什么是数模转换器(DAC)，它的类型，它是如何工作的，应用，优缺点。

什么是数模转换器(DAC)

数模转换器(DAC)基本上是将表示数字值的数字代码转换为模拟电流或电压。

图1 -数模转换器简介

在任何通信系统中，以物理变量形式存在的模拟信号都是通过ADC．该数字信号被转换回模拟信号进行进一步处理，即模拟信号是驱动电机，温度控制器等所必需的。

图2显示了DAC电路的框图，其中显示了n位数字输入转换为模拟信号。数字输入为d₀d₁d_{n -}d_{n - 1}和V_一个为输出模拟电压。

图2 -数模转换器(DAC)框图

数模转换器(DAC)的类型

基本上有四种类型的数模转换器电路，即:

• 二进制加权电阻D/A转换电路
• 二进制梯形或R-2R梯形D/A转换电路
• 分段DAC
• Delta-Sigma DAC

二进制加权电阻D/A转换电路

在这种类型的转换器中，需要转换的每个数字输入位都需要一个电阻或电流源。这些电阻连接在输入端和求和点上。输出是通过这个求和放大器电路产生的。下面的图3显示了一个典型的二进制加权电阻转换电路，它由一个运算放大器、四个电阻组成，这些电阻与反馈电阻一起连接在运算放大器的输入端。

这些电阻在输入端被称为可变电阻。这里，A, B, C, D是数字输入，其中“D”在MSB，“A”在LSB。V为输出模拟电压。求和放大器电路的输出由公式给出:

将不同输入值代入式中得到输出电压，如下表所示:

图3 -二元加权电阻电路

二进制梯形或R-2R梯形D/A转换电路

这种类型的转换器只有两个电阻值，R和2R。由于寄生电容，这种类型的DAC的转换速度降低。它是最简单的DAC类型，运算放大器的接地和反相输入之间的开关由输入位控制。

图4为二进制梯形或R-2R梯形DAC。为了理解其工作原理，让我们只考虑网络中的电阻，省略运算放大器并假设输入为DCBA = 1000。现在，简化后的网络的输出由-给出

同样，随着输入位的变化，电压将为V/4, V/2, V/16......等。现在，把运算放大器加到电路中，V₄成为非反相放大器的输入，其增益由公式定义:

因此，R-2R梯形DAC的输出电压由公式给出:

图4 -二进制梯形或R-2R梯形变换器电路

分段DAC

分段DAC是根据性能规格设计的。在这种情况下，没有一个架构是理想的，因此两个或更多的DAC被组合和设计。二进制加权和温度计编码的DAC相结合。输入的二进制代码被分成2段。

MSB采用温度计编码，LSB采用二值加权结构。这样做是为了缩小芯片的尺寸。编码器的尺寸随着输入比特数的增加呈指数级增长，需要更多的开关和互连。

图5 -分段DAC

Delta-Sigma DAC

它是速度最快、精度最高的DAC。图6显示了Delta-Sigma DAC，它由不同的模块组成，即:

• 内插滤波器
• Delta-Sigma调制器
• 1比特DAC
• 模拟输出滤波器

内插滤波器

它提高了采样率，减少了采样时间，从而使采样频率提高了四倍。来自滤波器的数据是调制器块的输入。

Delta-Sigma调制器

Delta-Sigma调制器作为量化噪声的高通滤波器和信号的低通滤波器。它将数据转换成高速比特流。

1比特DAC

数字样本被转换回模拟形式进一步放大。采样的每一位都是串行转换的。

模拟输出滤波器

DAC的输出经过滤波后产生模拟信号。

图6 - Delta-Sigma数模转换器

数模转换器(DAC)是如何工作的

为了理解数模转换器的工作原理，让我们想象一个用户在计算机上通过麦克风录制音频。这里的语音或音频信号是一个物理变量，这个信号必须转换成数字格式。这是由模数转换器．该比特流通过数字信号处理技术进行处理。

如果录制的音频必须通过扬声器播放，那么数字信号必须在数模转换器的帮助下转换回模拟信号。

图7 - DAC工作原理

数模转换器(DAC)的应用

数模转换器的应用包括:

• DAC用于数字信号处理。
• 它们也用于微控制器的数字电源。
• DAC用于数字电位器。
• 它们用于所有数字数据采集系统。

的优点数模转换器(DAC)

数模转换器的优点是:

• 加权电阻电路与其他方法相比是最快的转换电路。
• 可以达到较高的分辨率和精度。
• DAC很容易实现。

缺点的数模转换器(DAC)

DAC的缺点是:

• 加权电阻DAC的所有输入电压电平必须完全相同。例如，4位转换器需要4个电阻。
• 需要运放的二元加权电阻电路价格昂贵。
• 二元加权电阻电路的功耗非常高。
• 在R-2R梯形变换器中，由于电路需要根据输入进行切换而引起延迟。
• 增益误差、偏置误差、非线性通常是由电路中使用的电阻引起的。

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