? ? ? ? ?經常說DAC ，近來各個手機廠家也開始宣傳自家的Hi-Res DAC產品，一百度，出來可能是某東某寶的廣告。那這個DAC到底是個什么；所謂DAC，就是Digital-Analog-Converter，數字模擬轉換器。在模擬電路中，電流電壓變化是連續的，而數字電路處理的數據都是離散的數據，輸出高電平或者低電平，比如5V單片機，引腳輸出的電壓要么5V要么0V。DAC做的就是輸出一個“任意“的電壓，當然這個”任意“是有限制的，后面繼續介紹。

?????? 比如說一個16Bit的DAC，它可以接受的數據就是從0到65535（2^16-1）,共65536個數字，如果這是一個電壓輸出DAC，那最小電壓就是3300mv/65535=0.05mv，當然這個是理論情況，而實際上DAC還有一個指標是轉換精度，以上面16BIT DAC為例實際上輸出有1bit的抖動，也就是說上下差個0.05mv。

?????? 說了這些，DAC如何實現從數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），先說一個最簡單的知識，電阻分壓。

上圖如果每一個電阻相等，每一個節點的電壓都是1/4Vcc的倍數，但是顯然這，用每個開關都由數字來控制，但是顯然這樣輸出只有四個值，而且不能方便地輸入二進制數直接控制，早期地電子工作者是這樣解決地：

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這種類型的DAC稱之為開關樹DAC，開關就像樹枝分布，電阻單一而且如果不從輸出取電流這個設計是比較簡單的，但是顯然，這需要大量的模擬開關。

有沒有別的方法？

國內的教材會首先介紹這個：

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

換個思路來看，還有更好的辦法。在國內的教材上，稱之為倒T型DAC，因為每三個電阻畫起來像個倒著的T。。。這種DAC只是用兩種電阻即可，R和2R，所以也稱之為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，：

我們先看電阻網絡部分

這就是一個4Bit的DAC

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這是8Bit，從D0到D7分別是數據輸入（數據輸入的同時提供電壓Vcc作為Dac的參考電壓）

這個電路從右往左看，每一個節點處的等效電阻都是相等的，例如

直接引用別人的圖了

右邊的運放先不管，另外運放的反相輸入端朝內看等效電阻也是R，每一個數據口提供一個電壓，視為一個電壓源，這里假設他的電壓是Vref。先不看D1到D3，讓他們全部接地，只看D0，根據戴維南等效電源定理可以推出，則D0到地，包含中間兩個2R電阻，可以等效為一個電阻R串聯一個1/2Vref，即途中第一個藍色節點處，那么在第一個紅色節點處就是等效為2R串聯1/2Vref。如此下去以此類推，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電路模型，帶著運放，還是只看D0，隨著一路等效

按照上面的推論，從運放的反向端向內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，運放的反向端虛擬地，考慮電流仍然得到一樣的結果。

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

所以這個電路在給的參考電壓（也就是分別給D0-D3每個端口）是正壓的情況下，輸出為負電壓。同時，運放的反饋電阻可以調節DAC的輸出增益

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但是根據上面的分析，純電阻網絡的輸出在無負載的情況下，電壓能從0-(2^n-1)2^n/Vcc變化，但是根據上面的推論，從輸出端口朝內看的話，這個電阻網絡的輸出阻抗是R，R肯定不會是太小的值，那么這個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，現在這個R2R DAC是一個電壓疊加型的：

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，這樣的話電路就具備了一定的帶負載能力。

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在實際應用中，參考電壓是外部給的某個精度高的電壓參考，而D0到D8，也就是數據位，由主控器件（如單片機）引腳控制模擬開關來控制，

可以認為模型如下

而模擬開關作為半導體器件存在導通內阻，那么導通電阻會影響這個電路的精度。同時可以看到一個問題，VREF（圖上是VCC）提供給電阻電流，每次變化，電源都會產生變化，而現實中電源是非理想的，這樣的結構就會影響DAC的精度或者速度。

那么就說到倒T型了，

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

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回到剛剛說的導通電阻，模擬開關的導通電阻對電流引入誤差，那么，回到最開始的簡單粗暴的權電阻電路，它的電流是電阻控制的，那么直接把電阻和換成恒流源，每個支路提供不同的電流，這樣就能保證電流不收模擬開關影響了。

實際上還有更多的DAC技術，譬如權電容DAC等等。但是終究目的是講數字量變化為模擬輸出。

到這里，那那些沒有耳機孔的手機用的DAC是什么，還有什么什么解碼DAC，數字界面等等，這些DAC集成了更多的外圍原件，如上面的例子都是并行數字接口，單通道輸出，而這些產品，例如使用I2S接口，支持不同的數據格式等等。

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

參考《數字電子技術基礎》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

以上是生活随笔為你收集整理的关于DAC的原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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