数字模拟转换器

✍ dations ◷ 2025-08-25 15:40:08 #电路

数字模拟转换器(英语:Digital to analog converter,英文缩写:DAC)是一种将数字信号转换为模拟信号(以电流、电压或电荷的形式)的设备。模拟数字转换器(ADC)则是以相反的方向工作。在很多数字系统中,信号以数字方式存储和传输,而数字模拟转换器可以将这样的信号转换为模拟信号,从而使得它们能够被外界(人或其他非数字系统)识别。

数字模拟转换器的常见用法是在音乐播放器中将数字形式存储的音讯信号输出为模拟的声音。有的电视机的显像也有类似的过程。数字模拟转换器有时会降低原有模拟信号的精度,因此转换细节常常需要筛选,使得误差可以忽略。

由于成本的考虑以及对于模块化电子元件的需求,数字模拟转换器基本上是以集成电路的形式制造。数字模拟转换器有多重架构,它们各自都有各自的优缺点。在特定的应用中,数字模拟转换器的选用是否合适,取决于其一系列参数(包括转换速率以及分辨率)是否合适。

数字模拟转换器将抽象的有限精度数据(例如固定小数点的二进制数)转换到具体的物理量(例如电压)。特别的,数字模拟转换器常被用来将有限精度时间序列转换到连续的物理信号。

典型的数字模拟转换器将抽象数转换为具体的脉冲序列,然后利用插值法输出近似连续的量。其他的转换方法(例如基于ΔΣ调变的方法)则产生脉冲密度调制(Pulse-density modulation, PDM)进而产生平滑的连续信号。

按照采样定理,数字模拟转换器能够重建原始信号的条件是,信号带宽满足特定的条件(例如,基频信号的带宽小于奈奎斯特频率)。数字采样会引入量化误差,它表现为混入所需目标信号的噪声。

数字模拟转换器以均匀时间间隔输出模拟电压值。

其输入值以一定时序输入并锁存在转换器中,然后每完成一次转换,转换器的输出值都迅速从上一个输出值更新为当前锁存数值所对应的模拟信号。这样的效果是,输出电压在一小段时间内保持在恒定值,直到下一个新的输入值转换完成。输出信号类似阶跃函数。这相当于一个零阶保持器(zero-order hold)的功能,并会对还原的模拟信号的频率响应造成影响。

数字模拟转换器输出阶跃函数序列或方波脉冲造成了奈奎斯特频率以上的谐波。在需要的应用场合中,这些成分通常通过低通滤波器消除。

大多数现代的音讯讯号都以数字讯号的形式存储在诸如数位音乐播放器和CD中,为了使声音能够从音响设备上输出,数字讯号必须重新转换为模拟讯号。因此,数字模拟转换器被广泛应用于CD播放器、数字音乐播放器以及个人电脑的声卡等设备中。

专用的独立数字模拟转换器也存在于高端的高保真(Hi-Fi)系统中。它们从相容的CD播放器中取得数字信号输出,传输并转换成模拟讯号,然后提供给放大电路进行放大从而输出声音。

相似的数字模拟转换器还在数位音响、USB音响以及声卡中有所应用。

在IP电话中,原讯号必须转换成数字信号以便用于传输,这一步由模拟数字转换器完成。当讯号传输到另一终端时,则透过数字数字模拟转换器还原为模拟讯号,提供给音讯输出设备。

视频采样则以一种完全不同的规模工作,其原因是阴极射线管的高度非线性响应特性,电视机通过“伽玛曲线”扫描,在全部显示动态区上提供相对均匀的亮度。这样就需要在计算机的视频设备中使用具有高颜色分辨率的随机存取存储数字模拟转换器(Random Access Memory Digital-to-Analog Converter, RAMDAC),为各个信号沟道的每一种电平“硬编码”相应的模拟输出值(例如,雅达利ST电脑和世嘉公司的Mega Drive要求具有24个这样的数值,一个24位的视频卡则需要768个)。考虑内在的失真,对于电视机或其他视频投影仪,号称具有1000:1甚至更大的对比度(输出最暗和最亮的比值)并不罕见,这相当于10位的音频精度(尽管音频设备只能接受8位信号)。

源于数字信号源(如计算机)的视频信号,在模拟监视器上显示之前,都必须转换到模拟信号。截至2007年,模拟输入比数字输入更普遍,不过这一情况在具有DVI或HDMI技术的平板显示器普及之后有所变化。然而,视频数字模拟转换器还是在所需要输出模拟信号的数字视频播放器中存在。数字模拟转换器通常与某些存储器一起构成集成电路芯片,并包含了伽玛校正、对比度、亮度设置所需的数据表。这样的集成电路即为随机存取存储数字模拟转换器。

电子数字模拟转换器的常见类型如下:

系统中数字模拟转换器对于整体工作性能十分重要。以下是其主要工作性能指标:

其他参数还包括相位失真(phase distortion)和抖动,这些参数在某些应用中也十分关键,例如无线数据传输、复合视频技术等。

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