数模转换器(DAC)及其应用

为什么我们需要数据转换器?在现实世界中，大多数数据在本质上是以模拟的形式提供的。我们有两种类型的转换器模拟数字转换器和数模转换器。在处理数据时，这两个转换接口对数字电子设备和模拟电子设备是必不可少的，它们需要由处理器处理以产生所需的操作。

例如，以下面的DSP为例，ADC将音频输入设备如麦克风(传感器)收集到的模拟数据转换成可由计算机处理的数字信号。计算机可以添加音效。现在，DAC将处理数字声音信号回模拟信号，用于音频输出设备，如扬声器。

数模转换器(DAC)

数模转换器(DAC)是一种将数字数据转换为模拟信号的设备。根据Nyquist- shannon采样定理，任何采样数据都可以根据带宽和Nyquist准则进行完美的重构。

DAC可以精确地将采样数据重构成模拟信号。数字数据可以由微处理器、专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列，但最终数据需要转换为模拟信号，以便与现实世界交互。

D / A转换器架构

数模转换常用的方法有两种:一种是加权电阻法，另一种是R-2R阶梯网法。

DAC采用加权电阻法

下面所示的原理图是使用加权电阻的DAC。DAC的基本操作是添加输入，最终对应于数字输入的各个比特的贡献。在电压域，即如果输入信号是电压，二进制位的相加可以通过反相实现加法放大器如下图所示。

在电压域，即输入信号为电压时，可以使用上图所示的反相求和放大器实现二进制位的相加。

的输入电阻运放将它们的电阻值以二进制格式加权。当接收二进制数据1时，开关将电阻器连接到参考电压。当逻辑电路接收到二进制0时，开关将电阻器连接到地。所有的数字输入位同时应用于DAC。

DAC产生对应于给定数字数据信号的模拟输出电压。对于DAC，给定的数字电压是b3 b2 b1 b0，其中每个比特都是二进制值(0或1)。输出侧产生的输出电压为

V0 = R0 / R (b3 + b2/2 + b1/4 + b0/8) Vref

随着数字输入电压中位数的增加，电阻器的阻值范围变大，精度变差。

R-2R梯形数模转换器(DAC)

R-2R阶梯DAC构造为二进制加权DAC，使用电阻值R和2R的重复级联结构。这提高了精度，因为产生等值匹配电阻(或电流源)相对容易。

上图显示的是4位R-2R阶梯DAC。为了达到较高的精度，我们选择电阻值为R和2R。让二进制值B3 B2 B1 B0，如果B3 =1, B2 = B1 = B0 =0，那么下图所示的电路就是上述DAC电路的简化形式。输出电压为V0=3R(i3/2)= Vref/2

同理，如果b2=1, b3=b1=b0=0，则输出电压V0=3R(i2/4)=Vref/4，电路简化如下

如果b1=1和b2=b3=b0=0，那么下图所示的电路就是上述DAC电路的简化形式。输出电压为V0=3R(i1/8)= Vref/8

最后，电路如下图所示，对应于b0=1和b2=b3=b1=0的情况。输出电压为V0=3R(i0/16) = Vref/16

这样，我们可以发现，当输入数据为b3b2b1b0时(单个位为0或1)，则输出电压为

数模转换器的应用

dac应用于许多数字信号处理和更多的应用中。下面讨论一些重要的应用。

音频放大器

dac通过单片机的指令来产生直流电压增益。通常，DAC将被合并到包含信号处理功能的整个音频编解码器中。

视频编码器

视频编码器系统将对视频信号进行处理，并将数字信号发送到各种dac，从而产生各种格式的模拟视频信号，并对输出电平进行优化。与音频编解码器一样，这些ICs可能集成了dac。

显示电子

图形控制器将典型地使用一个查找表来生成数据信号发送到视频DAC，用于模拟输出，如红色、绿色、蓝色(RGB)信号来驱动显示器。

数据采集系统

要测量的数据通过模数转换器(ADC)进行数字化，然后发送到处理器。数据采集还将包括一个过程控制端，处理器将反馈数据发送到DAC转换为模拟信号。

校准

DAC为测试和测量系统中的精度提供增益和电压偏移的动态校准。

电机控制

许多电机控制要求电压控制信号， DAC是这种应用的理想选择，它可以由处理器或控制器驱动。

数据分配系统

许多工业和工厂线路需要多个可编程电压源，这可以由一组多路复用的dac产生。DAC的使用允许在系统运行期间电压的动态变化。

数字电位器

几乎所有的数字电位器都基于字符串DAC架构。与一些重组的电阻/开关阵列，并添加兼容I2C接口，一个全数字电位器可以实现。

软件无线电

DAC与数字信号处理器(DSP)一起将信号转换成模拟信号，在混频器电路中传输，然后传输到电台功率放大器和发射机。

因此，本文讨论数模转换器和它的应用程序。希望大家对这个概念有了更好的理解。此外，任何关于这个概念或实施电气和电子项目的疑问，请在下面的评论部分给出宝贵的建议。2021欧洲杯足球竞猜官方平台我有个问题问你，如何克服二进制加权电阻DAC的精度差?