请问：如何连接模拟世界与物理世界？工程师们会毫不犹豫地给出答案——使用ADC与DAC。模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）就是将模拟信号转换成数字信号或将数字信号转换成模拟信号的器件。
为更好地帮助工程师朋友们完成产品选型到电路设计的项目各阶段，小A团队推出《ADC和DAC的基本架构》一书，旨在梳理 ADC 和 DAC 使用中相关的基础要点以及构架示例。
小A摘抄了部分内容与大家分享，快来一睹为快吧↓
Part 01：DAC架构探讨
与其将DAC视为具有数字输入和模拟输出的黑匣子，不如了解当今所用的DAC基本架构，这样将更有利于应用，而且能简化选型过程，否则考虑到市场上数不胜数的DAC，产品选型可能非常棘手。在《ADC和DAC的基本架构》的本节内容中，将主要讨论DAC不同基础架构——“串”DAC、“温度计”DAC、二进制DAC、分段DAC……
如图一所示，使用由2N个等值串联电阻和2N个开关(通常为CMOS)，就可以组成最简单的DAC结构——开尔文分压器或串DAC。这种架构非常简单，具有一个电压输出(但输出阻抗与代码相关)，本身具单调性，即使电阻意外短路，输出n也不会大于输出n+1。将其稍作改动，便可得到一个“数字电位计”（图二）图1.电压输出温度计DAC > 图2.“数字电位计”
随着高分辨率逐渐成为需求，二进制加权DAC与分段DAC构成了现代精密和高速DAC的支柱架构。1970年，小A团队推出了AD550“μDAC”单芯片四通道(4位)电流开关构建模块IC，如图3所示。注意，二进制加权电流是利用一个外部薄膜网络产生，而片内激光调整薄膜电阻技术直到数年后才开发出来。晶体管面积成比例(8:4:2:1)，从而确保所有晶体管的电流密度相等，以实现最佳VBE匹配。这些早期IC DAC所建立的基本电路原理至今仍然广泛适用。图3.AD550“μDAC”四通道开关
当需要设计一个具有特定性能的DAC时，很可能没有任何一种架构是理想的。这种情况下，可以将两个或更多DAC组合成一个更高分辨率的DAC，以获得所需的性能。这些DAC可以是同一类型，也可以是不同类型，各DAC的分辨率无需相同。原则上，一个DAC处理MSB，另一个DAC处理LSB，其输出以某种方式相加。这一过程称为“分段”，这些更复杂的结构称为“分段DAC”。图4.基于两个3位温度计DAC的6位电流输出分段DAC
Part 02：DAC接口原理
越来越多的人简单地将DAC视作具有数字输入和一个模拟输出的器件。但模拟输出取决于是否存在称为基准电压源的模拟输入，且基准电压源的精度几乎始终是DAC绝对精度的限制因素。在匹配基准电压源和数据转换器时，基准电压源向导(Voltage Reference Wizard)等设计工具非常有用。
各种各样的ADC和DAC以各种各样的方式支持使用外部基准电压源来替代内部基准电压源。下图提供了一些常见配置——需要外部基准电压源的转换器；内置基准电压源的转换器；采用内部或外部基准电压源但需要额外封装引脚的转换器；外部基准电压源；使用单个封装引脚以外部基准电压源来覆盖驱动内部基准电压源；接外部基准电压源来覆盖内部基准电压源……图5.常见的ADC/DAC基准电压源选项
DAC的模拟输出可能是电压或电流。两者情况下，可能都需要知道输出阻抗。设计良好的基准电压源可以在采用重容性去耦时保持稳定。不幸的是，有些基准电压源并不能做到这点，并且电容越大，瞬态响铃振荡量实际上会增加。由于转换器几乎都需要一定的本地去耦，因此此类基准电压源在数据转换器应用中实际上毫无用处。基准电压源和数据转换器之间可以添加合适的运算放大器缓冲器。不过，有很多品质良好的基准电压源可以在使用输出电容时保持稳定。数据转换器应用中应当选择这种类型的基准电压源，而不是进一步提高运算放大器的复杂性和成本。
Part 03：ADC结构分析
根据类型的不同，ADC架构有多种分类：Flash转换器；逐次逼近型ADC；Σ-Δ型ADC；流水线式分级ADC；折叠型ADC；计数ADC；积分ADC……
其中，逐次逼近型ADC一直是数据采集系统的主要依靠。近期设计改良使这类ADC的采样频率扩展至兆赫领域且分辨率为18位。随着逐次逼近型ADC日益受欢迎，其分辨率、采样速率、输入/输出选项和成本开始出现多样化。现在，很多SAR ADC提供片上输入多路复用器，非常适合多通道数据采集系统。图6.18位2-MSPS开关电容PulSAR® ADC AD7641
而Σ-Δ型ADC是现代语音频带、音频和高分辨率精密工业测量应用所青睐的转换器。高度数字架构非常适合现代细线CMOS工艺，因而允许轻松添加数字功能，而又不会显著增加成本。
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