硬件小課堂|教你認識DAC

DAC是芯片數(shù)字域和模擬域的橋梁，DAC就是Digital-Analog-Converter，數(shù)字模擬轉換器。在模擬電路中,電流和電壓的變化是連續(xù)的，然而數(shù)字電路處理的都是離散的數(shù)字信號，這里需要ADC，但是有些應用上是需要提供模擬信號，比如音頻解碼輸出，產生特定波形輸出等，這時需要DAC，去接受處理好或設置好的數(shù)字信號，將其轉換為模擬信號，讓我們得以感知。

圖1.FM33LG0xx系列芯片選型表

復旦微電MCU團隊推出的FM33LG0xx系列芯片，片上集成了12-bit電壓輸出型的DAC模塊，高集成度提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性并降低BOM成本。其帶有輸出驅動Buffer，使能Buffer可以提供更大的驅動能力；最高輸出轉換率為1Msps；低功耗設計，輸出支持采樣保持來降低電流；支持DMA，同時也支持DAC輸出連接到Comparator上。

DAC工作原理

數(shù)模轉換器輸出模擬電壓值在均勻的時間間隔，其輸入值將以一定時序輸入并鎖存在轉換器中。當DAC轉換器每進行一次轉換，轉換器的輸出值會立馬更新為當前鎖存器所對應的數(shù)值。呈現(xiàn)的波形圖類似于不斷變換的階躍信號，輸出值在一段時間內保持恒定。圖2為一個12-bit的數(shù)模轉換器示意圖，分辨率為12位的DAC轉換器可以將輸出的范圍電壓給出0000…0000到1111…1111全部2^12個電壓輸出等級。

圖2. DAC轉換器簡易示意圖

DAC電路結構

以最為基礎的權電阻網絡為例，介紹DAC是怎樣將輸入的數(shù)字量轉換為所對應的模擬量，如圖3所示為權電阻DAC轉換器。

圖3. 權電阻網絡型DAC轉換器電路示意圖

如圖3所示，是一個4-bit的DAC轉換器。電子開關S0~S3的開關狀態(tài)是受代碼d0~d3所控制的，整個電路結構是由權電阻網絡、模擬開關、求和放大器組成的。將參考電壓VREF經過電阻網絡接入V-，只要V-稍稍高于V+，便可在輸出端產生負的輸出電壓Vo，Vo再經過RF反饋電阻接入V-，導致V-端的電壓降低，使其V-= V+ = 0。認為運算放大器輸入電流為0的條件下可以得到：

將各個支路電流帶入上式可以得到：

將反饋電阻RF設置為R/2時，輸出電壓Vo就可以改寫成：

上式可以表明，輸出的模擬電壓Vo是正比于輸入的數(shù)字量Dn。例如當Dn為1011，Vo如下式所示

從上式可表明，VREF為正電壓時候，輸出電壓Vo為負，若想得到正電壓輸出，可以將VREF取為負值輸入。評價標準轉換精度和轉換速度是評價DAC的性能標準。轉換精度通常可以用分辨率和轉換誤差來描述。一個分辨率為n位的D/A轉換器，可以輸出2^n個不同狀態(tài)的輸出電壓；也可以用DAC能夠分辨的最小電壓表示，如一個分辨率為12-bit的DAC，那轉換精度可以得到：

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