? ? ? ? ?經(jīng)常說(shuō)DAC ，近來(lái)各個(gè)手機(jī)廠家也開(kāi)始宣傳自家的Hi-Res DAC產(chǎn)品，一百度，出來(lái)可能是某東某寶的廣告。那這個(gè)DAC到底是個(gè)什么；所謂DAC，就是Digital-Analog-Converter，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。在模擬電路中，電流電壓變化是連續(xù)的，而數(shù)字電路處理的數(shù)據(jù)都是離散的數(shù)據(jù)，輸出高電平或者低電平，比如5V單片機(jī)，引腳輸出的電壓要么5V要么0V。DAC做的就是輸出一個(gè)“任意“的電壓，當(dāng)然這個(gè)”任意“是有限制的，后面繼續(xù)介紹。

?????? 比如說(shuō)一個(gè)16Bit的DAC，它可以接受的數(shù)據(jù)就是從0到65535（2^16-1）,共65536個(gè)數(shù)字，如果這是一個(gè)電壓輸出DAC，那最小電壓就是3300mv/65535=0.05mv，當(dāng)然這個(gè)是理論情況，而實(shí)際上DAC還有一個(gè)指標(biāo)是轉(zhuǎn)換精度，以上面16BIT DAC為例實(shí)際上輸出有1bit的抖動(dòng)，也就是說(shuō)上下差個(gè)0.05mv。

?????? 說(shuō)了這些，DAC如何實(shí)現(xiàn)從數(shù)字量到模擬輸出的呢（為了方便，后面都假定所講的DAC輸出為電壓），先說(shuō)一個(gè)最簡(jiǎn)單的知識(shí)，電阻分壓。

上圖如果每一個(gè)電阻相等，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓都是1/4Vcc的倍數(shù)，但是顯然這，用每個(gè)開(kāi)關(guān)都由數(shù)字來(lái)控制，但是顯然這樣輸出只有四個(gè)值，而且不能方便地輸入二進(jìn)制數(shù)直接控制，早期地電子工作者是這樣解決地：

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這種類(lèi)型的DAC稱(chēng)之為開(kāi)關(guān)樹(shù)DAC，開(kāi)關(guān)就像樹(shù)枝分布，電阻單一而且如果不從輸出取電流這個(gè)設(shè)計(jì)是比較簡(jiǎn)單的，但是顯然，這需要大量的模擬開(kāi)關(guān)。

有沒(méi)有別的方法？

國(guó)內(nèi)的教材會(huì)首先介紹這個(gè)：

這個(gè)電路的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單粗暴，從低位到高位用電阻讓電流呈2的冪數(shù)改變。但是這個(gè)電路很難做到高的位數(shù)，若是一個(gè)8位的dac，最大的電阻達(dá)到了最小電阻的128倍，如果最小的電阻有10k，最大就有1MΩ多，這個(gè)電阻可不好做準(zhǔn)確，而且盡管只用幾個(gè)電阻，但是每個(gè)電阻阻值都不一樣，在使用這種方法的時(shí)候有一種叫做雙權(quán)電阻的方法，減少了電阻種類(lèi)和大電阻，但是仍然無(wú)法避免最大電阻的需求。

換個(gè)思路來(lái)看，還有更好的辦法。在國(guó)內(nèi)的教材上，稱(chēng)之為倒T型DAC，因?yàn)槊咳齻€(gè)電阻畫(huà)起來(lái)像個(gè)倒著的T。。。這種DAC只是用兩種電阻即可，R和2R，所以也稱(chēng)之為R2R

DAC。但是在看倒T型之前，我們先看看R2R到底有幾種形式。

既然有倒T，就有順T，：

我們先看電阻網(wǎng)絡(luò)部分

這就是一個(gè)4Bit的DAC

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這是8Bit，從D0到D7分別是數(shù)據(jù)輸入（數(shù)據(jù)輸入的同時(shí)提供電壓Vcc作為Dac的參考電壓）

這個(gè)電路從右往左看，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)處的等效電阻都是相等的，例如

直接引用別人的圖了

右邊的運(yùn)放先不管，另外運(yùn)放的反相輸入端朝內(nèi)看等效電阻也是R，每一個(gè)數(shù)據(jù)口提供一個(gè)電壓，視為一個(gè)電壓源，這里假設(shè)他的電壓是Vref。先不看D1到D3，讓他們?nèi)拷拥?#xff0c;只看D0，根據(jù)戴維南等效電源定理可以推出，則D0到地，包含中間兩個(gè)2R電阻，可以等效為一個(gè)電阻R串聯(lián)一個(gè)1/2Vref，即途中第一個(gè)藍(lán)色節(jié)點(diǎn)處，那么在第一個(gè)紅色節(jié)點(diǎn)處就是等效為2R串聯(lián)1/2Vref。如此下去以此類(lèi)推，D0能夠給最終輸出提供的電壓是1/16Vref，D1到D3同理，分別為1/8 1/4 1/2 Vref。

然后我們看一下上面那個(gè)電路模型，帶著運(yùn)放，還是只看D0，隨著一路等效

按照上面的推論，從運(yùn)放的反向端向內(nèi)看的等效電阻依然是R，等效電壓源是1/16Vref

這樣就很好理解，反相比例電路

或者直接在上一步，運(yùn)放的反向端虛擬地，考慮電流仍然得到一樣的結(jié)果。

本質(zhì)上講，方向比例電路本身就是Vout=-Rf*I，所以這個(gè)DAC是電流的疊加

所以這個(gè)電路在給的參考電壓（也就是分別給D0-D3每個(gè)端口）是正壓的情況下，輸出為負(fù)電壓。同時(shí)，運(yùn)放的反饋電阻可以調(diào)節(jié)DAC的輸出增益

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但是根據(jù)上面的分析，純電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出在無(wú)負(fù)載的情況下，電壓能從0-(2^n-1)2^n/Vcc變化，但是根據(jù)上面的推論，從輸出端口朝內(nèi)看的話，這個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗是R，R肯定不會(huì)是太小的值，那么這個(gè)電路作為電壓輸出的話輸出阻抗也太大了，考慮使用電壓跟隨器，使得電路的輸出阻抗小，也就是說(shuō)，現(xiàn)在這個(gè)R2R DAC是一個(gè)電壓疊加型的：

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，這樣的話電路就具備了一定的帶負(fù)載能力。

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在實(shí)際應(yīng)用中，參考電壓是外部給的某個(gè)精度高的電壓參考，而D0到D8，也就是數(shù)據(jù)位，由主控器件（如單片機(jī)）引腳控制模擬開(kāi)關(guān)來(lái)控制，

可以認(rèn)為模型如下

而模擬開(kāi)關(guān)作為半導(dǎo)體器件存在導(dǎo)通內(nèi)阻，那么導(dǎo)通電阻會(huì)影響這個(gè)電路的精度。同時(shí)可以看到一個(gè)問(wèn)題，VREF（圖上是VCC）提供給電阻電流，每次變化，電源都會(huì)產(chǎn)生變化，而現(xiàn)實(shí)中電源是非理想的，這樣的結(jié)構(gòu)就會(huì)影響DAC的精度或者速度。

那么就說(shuō)到倒T型了，

這樣的話，電流I恒定為Vref/R，電源上消除了對(duì)精度的影響。這里就忽略計(jì)算了。

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回到剛剛說(shuō)的導(dǎo)通電阻，模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻對(duì)電流引入誤差，那么，回到最開(kāi)始的簡(jiǎn)單粗暴的權(quán)電阻電路，它的電流是電阻控制的，那么直接把電阻和換成恒流源，每個(gè)支路提供不同的電流，這樣就能保證電流不收模擬開(kāi)關(guān)影響了。

實(shí)際上還有更多的DAC技術(shù)，譬如權(quán)電容DAC等等。但是終究目的是講數(shù)字量變化為模擬輸出。

到這里，那那些沒(méi)有耳機(jī)孔的手機(jī)用的DAC是什么，還有什么什么解碼DAC，數(shù)字界面等等，這些DAC集成了更多的外圍原件，如上面的例子都是并行數(shù)字接口，單通道輸出，而這些產(chǎn)品，例如使用I2S接口，支持不同的數(shù)據(jù)格式等等。

圖中的multisim仿真文件：鏈接：https://pan.baidu.com/s/1XH6TEyDeBj75LdRrTpR-hg?
提取碼：hlsb

參考《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》高等教育出版社 第五版

參考其他鏈接：https://www.tek.com/blog/tutorial-digital-analog-conversion-r-2r-dac

https://www.sohu.com/a/300820190_120111879

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的关于DAC的原理的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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