《数字信号转换为模拟信号》课件

数字信号转换为模拟信号数字信号与模拟信号转换技术核心课程探索原理、结构与应用前沿DAC课件导读与课程目标掌握基本原理DAC理解数模转换核心机制熟悉各类结构DAC电阻网络、电流舵、电荷分配理解性能指标分辨率、采样率、线性度掌握应用与前沿音频、视频、工业自动化应用案例数字信号概述数字信号定义数字信号特性离散时间离散幅值传输过程不易衰减通常为二进制和可编程性强01具有抗干扰能力强特点易于存储和处理适合复杂数学运算模拟信号概述模拟信号定义模拟信号分类连续时间连续幅值周期性正弦波、三角波自然界信号多为模拟量非周期性语音、生物电信号常见实例声音、温度、压力光强度、电压、电流数字模拟转换（）简介-DAC数字输入处理模拟输出DAC二进制编码信息按权重转换连续可变电压电流/数字信号转换为模拟信号的意义人机交互系统控制信号传输数字内容可感知信号数字控制模拟执行器数字处理模拟通信→→→在现代电子系统中的地位DAC模拟输入1传感器采集转换2ADC模拟数字→数字处理3信号计算与存储转换4DAC数字模拟→模拟输出5驱动执行器基本工作流程DAC接收数字输入锁存位二进制数据N权重转换按位权重生成对应电压电流/求和处理合成各位分量输出缓冲驱动能力增强与阻抗匹配数字模拟转换的基本要求-速度高转换率与低延迟分辨率足够的位数与精度准确度最小的非线性误差系统的主要性能指标DAC分辨率采样率1位数决定精细程度单位时间内转换次数积分非线性度差分非线性度实际与理想曲线偏差相邻电平实际差异的分类DAC按应用分类音频•DAC按结构分类视频•DAC工业控制•DAC电阻网络型•1电流舵型•按速度分类电荷分配型•高速•DAC中速•DAC低速高精度•DAC电阻网络型（型）DAC R-2R结构原理梯形网络结构R-2R主要优点元件少、精度高、易集成主要缺点速度受限、电阻匹配挑战重码权电阻DAC结构特点每位对应固定权重电阻实现方式、、、电阻网络R2R4R8R...主要问题高位数下电阻值差异大精度限制电阻匹配性差，温漂严重适用场景低位数、低精度应用电流舵型DAC100MHz+14bit

0.5mW转换速率典型分辨率功耗水平高速通信应用音视频处理移动设备优选电荷分配型DAC集成电路典型结构DAC系列系列系列TI ADIMaxim高速通信应用高精度音频应用低功耗便携设备电路的基本组成DAC数字输入格式解析并行输入串行输入一次输入所有位接口••SPI/I2C引脚数多，速度快引脚少，布线简单••适合高速应用适合空间受限场景••参考电压源的重要性精度基准决定整体转换精度上限温漂控制低温度系数保证稳定性抗干扰隔离电源噪声与波动动态响应负载变化时保持稳定电流输出与电压输出比较DAC特性电流输出电压输出速度较快受运放限制负载能力需转换直接驱动输出范围需外部设置内部固定典型应用高速通信音频、仪表数字信号转换过程的主要误差来源量化误差非线性误差数字离散表示引起元件不匹配导致±固有误差与指标

0.5LSB DNL INL噪声干扰外部耦合与内部热噪声影响信号质量分辨率的系统影响采样速率与系统瓶颈带宽确定最高频率成分分析采样率设定至少为最高频率倍2选型DAC留足余量防止混叠滤波设计平滑阶跃输出非线性失真（）分析DNL/INL差分非线性误差积分非线性误差DNLINL相邻电平实际差值与理想差值偏差实际特性曲线与理想直线偏差影响小信号精确度反映整体线性度为单调性保证影响大信号准确度DNL

0.5LSB动态参数建立时间与转换速率整体系统噪声与滤波重构噪声热噪声电源噪声阶跃输出引起高频成分电阻元件固有噪声电源耦合与地噪声滤波解决低通滤波平滑输出典型芯片特点对比DAC型号分辨率采样率应用领域位高保真音频AD195524192kHz位专业音频PCM179224200kHz位高速通信AD

9736141.2GSPS位精密仪器DAC8811161MSPS数字音频系统中的应用DAC音频需求典型应用场景DAC低噪声高动态高保真音响••高分辨率（位）耳机放大器•24•低失真（）手机音频输出•THD•专业录音设备•视频处理设备中的应用DAC输出转换专业视频VGA HDMI三路数字信号射频调制广播级信号生成R/G/B DAC工业自动化中的角色DAC过程控制精确输出控制值测试设备信号源生成与波形合成运动控制伺服与步进电机驱动传感器校准标准信号源与参考值通信系统中的数字模拟混合基带处理转换DAC1数字信号处理信号生成I/Q接收解调调制RF信号接收还原3载波调制发射医疗电子中的应用实例位位1612超声成像心电监护高精度波形生成生物信号显示位10智能穿戴低功耗健康监测外围电路设计要点DAC接地策略星形接地•2数模分离•电源设计单点连接•低噪声稳压•去耦电容布置•滤波与抗干扰电源分隔•输出低通滤波•屏蔽•EMI信号隔离•输出缓冲与匹配设计缓冲功能运放选型提供驱动能力带宽大于速率DAC低输出阻抗低噪声特性隔离负载变化低失真度输出匹配阻抗匹配减反射考虑传输线效应功率传输最大化参考电源与电压源稳定温度补偿低温漂基准源噪声过滤多级滤波降低纹波隔离保护3避免外部干扰影响常见典型应用电路图DAC可编程与数字控制系统DACFPGA/MCU数字控制核心接口协议通信SPI/I2C控制DAC参数动态调整模拟输出实时可变信号多通道结构设计DAC模拟信号调理与驱动输出DAC原始转换信号信号滤波消除量化噪声幅度调整放大或衰减至目标电平阻抗匹配与负载匹配最大功率传输系统性能测试方法DAC静态测试精度、线性度验证DC动态测试瞬态响应与频域指标环境测试温度、湿度影响验证系统测试实际应用场景验证常见测试指标与测量方法测试指标测量设备测量方法信噪比频谱分析仪频域分析信号与噪声比SNR总谐波失真谐波分析仪测量谐波分量占比THD有效位数信号分析仪计算实际动态范围ENOB建立时间高速示波器阶跃响应时域分析工程案例高保真音频解码器核心模拟输出电源部分DAC位全分立元件转换多级稳压低噪声设计PCM179224/192kHz I/V工程案例高速示波器信号生成位141GSPS分辨率采样率高精度波形重现高频信号合成200MHz带宽宽频域信号覆盖工程案例嵌入式自动控制输出伺服控制STM32MCU1集成位控制精确位置调节12DAC数据采集反馈系统状态监测与记录闭环控制实时调整产业前沿低功耗与高精度发展低功耗技术高精度技术纳瓦级功耗自校准架构•DAC•动态功耗管理数字辅助补偿••可变采样率策略温度追踪技术••节能设计方法新型元件匹配方法••智能及其在中的应用DAC IoT智能控制自适应参数调整无线连接远程配置与监控低功耗电池供电长时间运行高集成度4单芯片解决方案SoC设计中的常见问题及对策DAC温漂问题使用低温系数材料与温度补偿干扰EMI完善屏蔽与滤波设计失配问题高精度元件与布局优化校准方法自校准电路与软件补偿数字信号到模拟信号转换的未来趋势高速化发展级超高速普及GSPS DAC集成化增强内嵌高性能数模混合系统SoC智能化演进自适应参数自动优化应用拓展新兴领域定制化解决方案本章知识要点归纳转换原理数字编码模拟量•→离散连续转换•→基本结构类型•性能指标静态分辨率•:动态采样率•:精度•:DNL/INL应用领域音视频系统•工业控制•通信与医疗•课程总结与思考题关键技术回顾思考与练习基本原理及工作机制设计位电路

1.DAC•8R-2R DAC主要结构与实现方式计算位分辨率

2.•14DAC性能指标与优化方法分析采样率与频带关系

3.•典型应用案例分析比较不同结构优缺点

4.•DAC。