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市场情况

当我们想要将数字信号转换为模拟信号时，就需要用到数模转换器，也称为DAC（Digital-to-AnalogConverter）。DAC是一种将数字信号转换成模拟信号的电路芯片。它是现代电子设备中的重要部件，广泛应用于数字音频设备、控制系统、仪器仪表等领域。

DAC的背景：

DAC全称为数字模拟转换。它和ADC，也就是模拟数字转换，是数字信号处理系统中的两个关键组成部分，它们是相互对称的。

我们通常是把现实世界中的声光电等模拟信号通过AD转换为数字信号进行处理，然后将数字信号通过DA转换回模拟信号，来驱动模拟电路或设备，生活中最常见到的DAC应用，就是蓝牙耳机，音响等音频设备。它们的声音来源和存储都是数字化的，但是在播放时数字化的声音都还必须转换为模拟信号来驱动耳机或者音响里面的发生单元。所以，每个小小的蓝牙耳机里面的芯片都集成了DAC模块。

20世纪50年代，随着数字电路技术和微处理器技术的发展，人们开始逐步采用数字信号代替模拟信号，而计算得出的结果再转换回到模拟信号，就需要DAC出手了。20世纪70年代单片集成的DAC研发成功，在现代电子技术开始广泛应用，例如音频放大器、工业自动化、医疗仪器、测试测量等领域。

产品特点

DAC芯片的原理和分类：

DAC芯片的原理是将数字信号转换成电压或电流等模拟信号。数字信号首先经过处理器的处理，然后输入到DAC芯片的数字输入端口。DAC芯片内的转换器将数字信号转换为模拟信号，然后经过放大器和输出滤波器进行放大和滤波，最终输出为模拟信号。

DAC芯片的分类有很多方式根据DAC芯片的输出类型，DAC芯片可以分为电压型（VoltageDAC）和电流型（CurrentDAC）两种类型。大部分DAC都是电压型DAC，它输出电压的大小与输入的数字信号成比例。电流型DAC输出控制的是电流大小，用于控制电流敏感电路，如电池充电，电机，激光等应用。

根据数字输入类型的不同，DAC芯片可以分为并行式和串行式两种类型。并行式DAC芯片的输入端口是一个并行输入端口，可以一次性输入多个位数字信号。并行式DAC芯片的优点是输入速度快，但需要使用大量的引脚和较大的面积；串行式DAC芯片的输入端口是一个串行输入端口，数字信号以流的形式输入。串行式DAC芯片的优点是输入引脚数量较少，占用空间较小，但输入速度较慢。

（上图2张图片是并行）

（上图2张图片是串行）

关于DAC的性能有几个重要的参数：

1.分辨率：分辨率是指DAC芯片的数字输入值和模拟输出值之间的最小差异。DAC芯片的分辨率通常以位数来表示，比如8位、10位、12位等。分辨率越高，DAC芯片的输出精度就越高。

2.采样速率：采样速率是指DAC芯片输入的数字信号的采样速率，通常以每秒采样次数（samplespersecond，SPS）来表示。DAC芯片的采样速率越高，可以处理的信号带宽也就越宽，输出信号的失真程度也就越小。

（上方的图片是采样率）

（上方的图片是采样率和分辨率）

3.电压输出范围：DAC芯片的电压输出范围通常是固定的，可以是单电源输出或双电源输出。单电源输出范围通常是0V到Vref，双电源输出范围通常是±Vref/2或±Vref。

DAC芯片的电压输出范围和分辨率决定了转换后的模拟信号的精度和范围，而采样速率则决定了DAC芯片的输出速度和驱动能力。开发者在选择DAC芯片时需要综合考虑各种参数和特性，并根据自己的应用需求来选择合适的DAC芯片。

DAC芯片的应用：

DAC芯片的应用广泛，包括但不限于以下领域：

1.DAC在音频处理器中可以将数字音频信号转换成模拟音频信号，以便输出到扬声器、耳机等音频设备中。

2.DAC在无线电通信中，DAC芯片可以将数字调制的信号转换成模拟信号，再经放大后发送。

3.测试仪器领域也是DAC的重要应用领域之一，包括信号发生器、数字示波器、频谱分析仪等。在这些应用中，DAC被用于生成测试信号，可以实现高精度、高稳定性的测试结果。

4.DAC也在医疗设备领域得到了广泛的应用，主要包括医疗图像、心电图、超声波等方面。高质量的DAC可以实现精确的信号转换和处理，提供更准确、可靠的诊断结果。

随着科技的不断进步，DAC芯片的功能和性能也在不断提高。现代DAC芯片不仅可以实现高速、高精度的数字-模拟转换，还能够实现数字滤波、自动校准和电源管理等功能。DAC芯片的发展和应用，为现代电子设备的发展提供了重要的支持和保障。

设计体验

从学习的角度来说，适合初学者上手的DAC类型是R-2RDAC。这是因为这种DAC的结构简单，易于理解和实现，也比较容易购买到实验用的芯片或者开发板。

R-2R DAC结构，由若干个电阻和开关组成。当开关控制电阻通断时，可以将二进制数字转换为对应的模拟电压输出。R-2R DAC结构简单，只需要一把电阻和FPGA或单片机的IO即可实现，同时具有较高的转换精度，是一种常用的DAC结构。

从电子森林打开电路仿真工具，在示例电路中选择R-2R DAC，即可打开示例。

电路的左侧为电阻网络和切换开关，右侧为运放输出。

接下来对这个电路进行一些改造，通过一个工具内置的ADC，将三角波转化为4位的数字信号输入，此时输出就是台阶状的电压信号（台阶状是因为DAC的分辨率只有4位），此时输出依然是负压，而且电路依然是需要使用一系列开关，才能完成输出。

仿真图链接：https://www.eetree.cn/short/2n4sk3nt

再对电路进行一些改动，即可做出直接使用单片机IO合成的正电压输出的DAC。

仿真图链接：https://www.eetree.cn/short/2fext73u

需要注意的是，这种DAC结构通常只适合实现较低分辨率和转换率的DAC，如果需要实现高分辨率的DAC，就需要考虑更加复杂的DAC结构，例如Sigma-Delta DAC和Flash DAC等。

优势&局限

选型 & 优缺点：

在实际工程应用中，工程师选择DAC时需要考虑多方面的因素，包括：

1.分辨率：是指它能够输出的不同电压值的数量，一般以比特数表示。分辨率越高，输出的电压值越精确。一般有8位，10位，12位，16位等等。当然，分辨率高的DAC一般价格也高。

2.转换速度：DAC的转换速度是指它能够输出一个完整的数字-模拟转换的时间。转换速度越快，输出的模拟信号更新频率越高。在需要高速信号转换的应用中，需要选择转换速度较快的DAC。一般来说，30Msps转换率以上的DAC算是高速DAC。

3.集成度：DAC的集成度是指它内部集成了多少模块或功能，如参考电压源、电压调节器等。具有更高集成度的DAC可简化电路设计，减少外部器件的数量和空间，降低成本。

4.功耗和成本：DAC的功耗会影响整个系统的电源消耗和温度。工程师也需要根据应用需求和预算限制选择合适的DAC，以实现最佳的性价比。

总的来说，DAC在各个应用领域中都有广泛的应用，市场需求和潜力巨大。DAC市场也在不断发展和创新，厂商们不断推出新产品来满足市场需求。目前，全球主要的模拟器件厂商通过不断研发和创新，推出高性能、低功耗、小尺寸的DAC产品，以应对市场需求的不断变化。下一次讲述DAC时，我们将会用一个有趣的小实验带大家解锁DAC的有趣玩法。