硬件小课堂|教你认识DAC

DAC是芯片数字域和模拟域的桥梁，DAC就是Digital-Analog-Converter，数字模拟转换器。在模拟电路中,电流和电压的变化是连续的，然而数字电路处理的都是离散的数字信号，这里需要ADC，但是有些应用上是需要提供模拟信号，比如音频解码输出，产生特定波形输出等，这时需要DAC，去接受处理好或设置好的数字信号，将其转换为模拟信号，让我们得以感知。

图1.FM33LG0xx系列芯片选型表

复旦微电MCU团队推出的FM33LG0xx系列芯片，片上集成了12-bit电压输出型的DAC模块，高集成度提高系统的稳定性并降低BOM成本。其带有输出驱动Buffer，使能Buffer可以提供更大的驱动能力；最高输出转换率为1Msps；低功耗设计，输出支持采样保持来降低电流；支持DMA，同时也支持DAC输出连接到Comparator上。

DAC工作原理

数模转换器输出模拟电压值在均匀的时间间隔，其输入值将以一定时序输入并锁存在转换器中。当DAC转换器每进行一次转换，转换器的输出值会立马更新为当前锁存器所对应的数值。呈现的波形图类似于不断变换的阶跃信号，输出值在一段时间内保持恒定。图2为一个12-bit的数模转换器示意图，分辨率为12位的DAC转换器可以将输出的范围电压给出0000…0000到1111…1111全部2^12个电压输出等级。

图2. DAC转换器简易示意图

DAC电路结构

以最为基础的权电阻网络为例，介绍DAC是怎样将输入的数字量转换为所对应的模拟量，如图3所示为权电阻DAC转换器。

图3. 权电阻网络型DAC转换器电路示意图

如图3所示，是一个4-bit的DAC转换器。电子开关S0~S3的开关状态是受代码d0~d3所控制的，整个电路结构是由权电阻网络、模拟开关、求和放大器组成的。将参考电压VREF经过电阻网络接入V-，只要V-稍稍高于V+，便可在输出端产生负的输出电压Vo，Vo再经过RF反馈电阻接入V-，导致V-端的电压降低，使其V-= V+ = 0。认为运算放大器输入电流为0的条件下可以得到：

将各个支路电流带入上式可以得到：

将反馈电阻RF设置为R/2时，输出电压Vo就可以改写成：

上式可以表明，输出的模拟电压Vo是正比于输入的数字量Dn。例如当Dn为1011，Vo如下式所示

从上式可表明，VREF为正电压时候，输出电压Vo为负，若想得到正电压输出，可以将VREF取为负值输入。评价标准转换精度和转换速度是评价DAC的性能标准。转换精度通常可以用分辨率和转换误差来描述。一个分辨率为n位的D/A转换器，可以输出2^n个不同状态的输出电压；也可以用DAC能够分辨的最小电压表示，如一个分辨率为12-bit的DAC，那转换精度可以得到：

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