数模转换器

在电子产品中，数模转换器（DAC）是一种将数字信号转换为模拟信号的系统。一模数转换器（ADC）执行相反的功能。

有几种数模转换器架构 ; 数模转换器是否适合特定应用取决于品质因数，包括：分辨率、xxx采样频率等。数模转换可能会使信号降级，因此应指定在应用方面误差不大的DAC。

数模转换器通常用于音乐播放器中，以将数字数据流转换为模拟音频信号。它们还用于电视和移动电话中，以将数字视频数据转换为模拟视频信号，然后将其连接到屏幕驱动器以显示单色或彩色图像。这两个应用在频率/分辨率折衷的相对两端使用DAC。音频DAC是低频高分辨率类型，而视频DAC是高频低分辨率至中等分辨率类型。

由于复杂性和需要精确匹配的组件的需要，除最专业的DAC以外的所有DAC均实现为集成电路（IC）。这些通常采用金属氧化物半导体（MOS）混合信号集成电路芯片的形式，该芯片集成了模拟和数字电路。

分立的DAC（由多个分立的电子组件代替封装的IC构成的电路）通常是超高速，低分辨率，耗电的类型，如军事雷达系统中所用。高速测试设备，尤其是采样示波器，也可能使用分立数模转换器。

电子DAC最常见的类型是：

• 该脉冲宽度调制器，其中一个稳定的电流或电压被切换到一个低通模拟滤波器具有由数字输入码确定的持续时间。此技术通常用于电动机速度控制和LED灯调光。
• 过采样DAC或内插DAC（例如采用delta-sigma调制的 DAC）使用带有过采样的脉冲密度转换技术。使用delta-sigma DAC可获得每秒超过10万个样本的速度（例如192 kHz）和24位分辨率。
• 二进制加权DAC，它包含与连接到求和点（通常是运算放大器）的DAC的每一位有关的单独的电气组件。求和中的每个输入均具有2的幂，并且最高位的电流或电压最高。这些精确的电压或电流总和为正确的输出值。这是最快的转换方法之一，但是由于每个单独的电压或电流都需要很高的精度，因此精度较差。这种类型的转换器通常限于8位以下分辨率。
  • 开关电阻器 DAC包含一个并联电阻器网络。网络中的各个电阻根据数字输入启用或旁路。
  • 开关电流源 DAC，根据数字输入从中选择不同的电流源。
  • 开关电容器 DAC包含一个并联电容器网络。各个电容器通过基于输入的开关连接或断开。
  • 的R-2R梯形 DAC，其是使用电阻器的和重复的级联结构值R 2R二进制加权DAC。由于生产等值匹配电阻器相对容易，因此提高了精度。
• 逐次逼近或循环DAC，它在每个周期内依次构建输出。每个周期都会处理数字输入的各个位，直到考虑到整个输入为止。
• 的温度计编码 DAC，它包含DAC输出的每个可能值相等的电阻器或电流源段。一个8位温度计DAC将具有255段，而一个16位温度计DAC将具有65,535段。这是一种快速，最高精度的DAC架构，但以需要许多组件为代价，而对于实际实现而言，制造需要高密度IC工艺。
• 混合DAC，在单个转换器中结合了上述技术。由于很难在一个设备中获得低成本，高速和高精度，因此大多数DAC集成电路都属于这种类型。
  • 分段DAC结合了温度计编码原理的最高有效位和二进制加权原理的最低有效位。这样，在精度（通过使用温度计编码原理）和电阻器或电流源的数量（通过使用二进制加权原理）之间取得了折衷。完整的二进制加权设计意味着0％的细分，完整的温度计编码设计意味着100％的细分。
• 此列表中显示的大多数DAC依靠恒定的基准电压或电流来产生其输出值。或者，乘法DAC将可变的输入电压或电流作为转换参考。这对转换电路的带宽施加了额外的设计约束。
• 现代高速DAC具有交错式架构，其中多个DAC内核并行使用。它们的输出信号在模拟域中合并，以增强合并的DAC的性能。信号的组合可以在时域或频域中执行。

• 静态性能：
  • 差分非线性（DNL）显示两个相邻代码模拟值偏离理想的1 LSB阶跃的程度。
  • 积分非线性（INL）显示DAC的传输特性偏离理想值的程度。也就是说，理想特性通常是一条直线。INL以LSB（1 LSB步进）显示给定代码值下的实际电压与该线有多少不同。
  • 增益误差
  • 偏移误差
  • 噪声最终受到无源元件（例如电阻器）产生的热噪声的限制。对于音频应用和在室温下，此类噪声通常略小于1μV（微伏）的白噪声。即使在24位DAC中，这也将性能限制在20〜21位以下。 
• 频域性能
  • 无杂散动态范围（SFDR）以dB表示转换后的主信号的功率与xxx不良杂散之间的比率。
  • 信噪比和失真（SINAD）以dB表示转换后的主信号的功率与噪声和所产生的谐波杂散之和之间的比率。
  • 第i次谐波失真（HDi）表示转换后的主信号的第i次谐波的功率
  • 总谐波失真（THD）是输入信号的所有谐波的功率之和
  • 如果xxxDNL小于1 LSB，则保证D / A转换器是单调的。但是，许多单调转换器的xxxDNL可能大于1 LSB。
• 时域性能：
  • 小故障脉冲区域（小故障能量）