資料轉換器:ADC 與 DAC

數位類比轉換器(DAC)

/ DAC, said 'dack' or D-A-C /

數位類比轉換器是把數字變回真實電壓的翻譯員——通往數位世界之外的出口。處理器遞給它一個二進位數字,DAC 就在它的輸出腳產生一個相應的電壓。把它想成一個由軟體驅動的音量旋鈕:送出代表「四分之一」的數字,輸出就停在滿刻度的四分之一。晶片就是這樣發出聲音、畫出平滑波形,或設定一個精確的控制電壓。

核心觀念是一個繫於參考電壓的加權和。輸入數字的每個位元控制輸出的一部分,每個較高位元的價值是它下方那個的兩倍,而參考設定滿刻度值。對一個 n 位元 DAC,Vout = Vref times(碼 / 2^n)。算個例子:一個 8 位元 DAC、4.00 V 參考,給它碼 192(二進位 11000000),輸出 4.00 V times 192/256 = 3.00 V。送碼 0 得 0 V;送 255 得到接近滿格的 4.00 V(差一個 LSB)。輸出以一個 LSB 的離散步移動,這裡是 4.00/256 = 15.6 mV。

為何重要:凡是數位系統要對類比世界出手之處都有 DAC——音訊、視訊、馬達控制、儀器輸出,並作為許多 ADC 的核心。輸出是一座階梯而非平滑曲線,所以它帶著階步與高頻鏡像,事後必須由一個重建(平滑)濾波器把它磨圓。建構那個加權和的兩種經典方式,二進位加權與 R-2R 階梯,在你需要多少種不同的精密電阻值,與你必須匹配多大的數值範圍之間做取捨。

一個 12 位元 DAC、3.3 V 參考,有 4,096 個各 3.3/4096 = 0.806 mV 的步。要輸出 1.000 V,你送出最近的碼:round(1.000 / 0.806 mV) = 碼 1241,產生 1241 times 0.806 mV = 1.0003 V。

送進一個數字,輸出一個相應的階梯電壓,由參考縮放。

DAC 的準確度不會優於它的電壓參考——每個輸出都是 Vref 的一個比例,所以參考的漂移或雜訊會原封不動地縮放到類比輸出上。一個精密 DAC 配上馬虎的參考,給出的就是馬虎的電壓。

又称
DACD/A converter數類轉換器數位類比轉換器