概念
數模轉換器（Digital-to-Analog Converter，DAC）将數字信号轉換成模拟信号，是連接數字世界與模拟世界的橋梁。
一種将二進制數字量形式的離散信号轉換成以标準量（或參考量）為基準的模拟量的轉換器，簡稱DAC
或D/A轉換器。
常見方式
最常見的數模轉換器是将并行二進制的數字量轉換為直流電壓或直流電流，它常用作過程控制計算機系統的輸出通道，與執行器相連，實現對生産過程的自動控制。數模轉換器電路還用在利用反饋技術的模數轉換器設計中。
構成和特點
DAC主要由數字寄存器、模拟電子開關、位權網絡、求和運算放大器和基準電壓源（或恒流源）組成。用存于數字寄存器的數字量的各位數碼，分别控制對應位的模拟電子開關，使數碼為1的位在位權網絡上産生與其位權成正比的電流值，再由運算放大器對各電流值求和，并轉換成電壓值。
根據位權網絡的不同，可以構成不同類型的DAC，如權電阻網絡DAC、R–2R倒T形電阻網絡DAC和單值電流型網絡DAC等。權電阻網絡DAC的轉換精度取決于基準電壓VREF，以及模拟電子開關、運算放大器和各權電阻值的精度。它的缺點是各權電阻的阻值都不相同，位數多時，其阻值相差甚遠，這給保證精度帶來很大困難，特别是對于集成電路的制作很不利，因此在集成的DAC中很少單獨使用該電路。
它由若幹個相同的R、2R網絡節組成，每節對應于一個輸入位。節與節之間串接成倒T形網絡。R–2R倒T形電阻網絡DAC是工作速度較快、應用較多的一種。和權電阻網絡比較，由于它隻有R、2R兩種阻值，從而克服了權電阻阻值多，且阻值差别大的缺點。
電流型DAC則是将恒流源切換到電阻網絡中，恒流源内阻極大，相當于開路，所以連同電子開關在内，對它的轉換精度影響都比較小，又因電子開關大多采用非飽和型的ECL開關電路，使這種DAC可以實現高速轉換，轉換精度較高。
采樣率
模拟信号在時域上是連續的，因此可以将它轉換為時間上連續的一系列數字信号。這樣就要求定義一個參數來表示新的數字信号采樣自模拟信号速率。這個速率稱為轉換器的采樣率（samplingrate）或采樣頻率（samplingfrequency）。
可以采集連續變化、帶寬受限的信号（即每隔一時間測量并存儲一個信号值），然後可以通過插值将轉換後的離散信号還原為原始信号。這一過程的精确度受量化誤差的限制。然而，僅當采樣率比信号頻率的兩倍還高的情況下才可能達到對原始信号的忠實還原，這一規律在采樣定理有所體現。
由于實際使用的模拟數字轉換器不能進行完全實時的轉換，所以對輸入信号進行一次轉換的過程中必須通過一些外加方法使之保持恒定。常用的有采樣-保持電路，在大多數的情況裡，通過使用一個電容器可以存儲輸入的模拟電壓，并通過開關或門電路來閉合、斷開這個電容和輸入信号的連接。許多模拟數字轉換集成電路在内部就已經包含了這樣的采樣-保持子系統。
數字輸出選擇
1.高端儀表促進了更快的ADC速度和更多的通道數與密度，設計者必須評估轉換器的輸出格式，以及基本的轉換性能。
2.主要的輸出選項是CMOS(互補金屬氧化物半導體)、LVDS(低壓差分信令)，以及CML(電流模式邏輯)。
3.要考慮的問題包括：功耗、瞬變、數據與時鐘的變形，以及對噪聲的抑制能力。
4.對于布局的考慮也是轉換輸出選擇中的一個方面，尤其當采用LVDS技術時。當設計者有多種ADC選擇時，他們必須考慮采用哪種類型的數字數據輸出：CMOS(互補金屬氧化物半導體)、LVDS(低壓差分信令)，還是CML(電流模式邏輯)。ADC中所采用的每種數字輸出類型都各有優缺點，設計者應結合自己的應用來考慮。這些因素取決于ADC的采樣速率與分辨率、輸出數據速率，以及系統設計的功率要求，等等。
性能指标
D/A轉換器的主要特性指标包括以下幾方面：
分辨率
指最小輸出電壓(對應的輸入數字量隻有最低有效位為“1”)與最大輸出電壓(對應的輸入數字量所有有效位全為“1”)之比。如N位D/A轉換器，其分辨率為1/(2^N-1)。在實際使用中，表示分辨率大小的方法也用輸入數字量的位數來表示。
線性度
用非線性誤差的大小表示D/A轉換的線性度。并且把理想的輸入輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分數定義為非線性誤差。
轉換精度
D/A轉換器的轉換精度與D/A轉換器的集成芯片的結構和接口電路配置有關。如果不考慮其他D/A轉換誤差時，D/A的轉換精度就是分辨率的大小，因此要獲得高精度的D/A轉換結果，首先要保證選擇有足夠分辨率的D/A轉換器。同時D/A轉換精度還與外接電路的配置有關，當外部電路器件或電源誤差較大時，會造成較大的D/A轉換誤差，當這些誤差超過一定程度時，D/A轉換就産生錯誤。
在D/A轉換過程中，影響轉換精度的主要因素有失調誤差、增益誤差、非線性誤差和微分非線性誤差。
轉換速度
轉換速度一般由建立時間決定。從輸入由全0突變為全1時開始，到輸出電壓穩定在FSR±½LSB範圍（或以FSR±x%FSR指明範圍）内為止，這段時間稱為建立時間，它是DAC的最大響應時間，所以用它衡量轉換速度的快慢。
溫度系數
在滿刻度輸出的條件下，溫度每升高1℃，輸出變化的百分數定義為溫度系數。
電源抑制比
對于高質量的D/A轉換器，要求開關電路及運算放大器所用的電源電壓發生變化時，對輸出電壓影響極小。通常把滿量程電壓變化的百分數與電源電壓變化的百分數之比稱為電源抑制比。
工作溫度範圍
一般情況下，影響D/A轉換精度的主要環境和工作條件因素是溫度和電源電壓變化。由于工作溫度會對運算放大器加權電阻網絡等産生影響，所以隻有在一定的工作範圍内才能保證額定精度指标。
較好的D/A轉換器的工作溫度範圍在-40℃～85℃之間，較差的D/A轉換器的工作溫度範圍在0℃～70℃之間。多數器件其靜、動态指标均
在25℃的工作溫度下測得的，工作溫度對各項精度指标的影響用溫度系數來描述，如失調溫度系數、增益溫度系數、微分線性誤差溫度系數等。
失調誤差
失調誤差(或稱零點誤差)定義為數字輸入全為0碼時，其模拟輸出值與理想輸出值之偏差值。對于單極性D/A轉換，模拟輸出的理想值為零伏點。對于雙極性D/A轉換，理想值為負域滿量程。偏差值的大小一般用LSB的份數或用偏差值相對滿量程的百分數來表示。
增益誤差
D/A轉換器的輸入與輸出傳遞特性曲線的斜率稱為D/A轉換增益或标度系數，實際轉換的增益與理想增益之間的偏差稱為增益誤差(或稱标度誤差)。增益誤差在消除失調誤差後用滿碼。
輸入時其輸出值與理想輸出值(滿量程)之間的偏差表示，一般也用LSB的份數或用偏差值相對滿量程的百分數來表示。
非線性誤差
D/A轉換器的非線性誤差定義為實際轉換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差，并以該偏差相對于滿量程的百分數度量。在轉換器電路設計中，一般要求非線性誤差不大于±1/2LSB。
轉換方式
并行數模轉換
數模轉換有兩種轉換方式：并行數模轉換和串行數模轉換。圖1為典型的并行數模轉換器的結構。虛線框内的數碼操作開關和電阻網絡是基本部件。圖中裝置通過一個模拟量參考電壓和一個電阻梯形網絡産生以參考量為基準的分數值的權電流或權電壓；而用由數碼輸入量控制的一組開關決定哪一些電流或電壓相加起來形成輸出量。所謂“權”，就是二進制數的每一位所代表的值。例如三位二進制數“111“,右邊第1位的“權”是20/23=1/8；第2位是21/23=1/4；第3位是22/23=1/2。位數多的依次類推。圖2為這種三位數模轉換器的基本電路,參考電壓VREF在R1、R2、R3中産生二進制權電流,電流通過開關。當該位的值是“0”時,與地接通；當該位的值是“1”時,與輸出相加母線接通。幾路電流之和經過反饋電阻Rf産生輸出電壓。電壓極性與參考量相反。輸入端的數字量每變化1，僅引起輸出相對量變化1/23=1/8,此值稱為數模轉換器的分辨率。位數越多分辨率就越高，轉換的精度也越高。工業自動控制系統采用的數模轉換器大多是10位、12位，轉換精度達0.5～0.1%。
串行數模轉換
串行數模轉換是将數字量轉換成脈沖序列的數目，一個脈沖相當于數字量的一個單位，然後将每個脈沖變為單位模拟量，并将所有的單位模拟量相加，就得到與數字量成正比的模拟量輸出，從而實現數字量與模拟量的轉換。
随着數字技術，特别是計算機技術的飛速發展與普及，在現代控制、通信及檢測等領域，為了提高系統的性能指标，對信号的處理廣泛采用了數字計算機技術。由于系統的實際對象往往都是一些模拟量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計算機或數字儀表能識别、處理這些信号，必須首先将這些模拟信号轉換成數字信号；而經計算機分析、處理後輸出的數字量也往往需要将其轉換為相應模拟信号才能為執行機構所接受。這樣，就需要一種能在模拟信号與數字信号之間起橋梁作用的電路--模數和數模轉換器。
将模拟信号轉換成數字信号的電路，稱為模數轉換器（簡稱A/D轉換器或ADC,Analog to Digital Converter）；将數字信号轉換為模拟信号的電路稱為數模轉換器（簡稱D/A轉換器或DAC,Digital to Analog Converter）；A/D轉換器和D/A轉換器已成為計算機系統中不可缺少的接口電路。
為确保系統處理結果的精确度，A/D轉換器和D/A轉換器必須具有足夠的轉換精度；如果要實現快速變化信号的實時控制與檢測，A/D與D/A轉換器還要求具有較高的轉換速度。轉換精度與轉換速度是衡量A/D與D/A轉換器的重要技術指标。随着集成技術的發展，現已研制和生産出許多單片的和混合集成型的A/D和D/A轉換器，它們具有愈來愈先進的技術指标。本章将介紹幾種常用A/D與D/A轉換器的電路結構、工作原理及其應用。
轉換原理
數模轉換器是通訊系統中連接數字世界和模拟世界的橋梁。
數字量是用代碼按數位組合起來表示的，對于有權碼，每位代碼都有一定的位權。為了将數字量轉換成模拟量，必須将每1位的代碼按其位權的大小轉換成相應的模拟量，然後将這些模拟量相加，即可得到與數字量成正比的總模拟量，從而實現了數字—模拟轉換。這就是組成D/A轉換器的基本指導思想。
圖11.1.1表示了4位二進制數字量與經過D/A轉換後輸出的電壓模拟量之間的對應關系。由圖11.1.1還可看出，兩個相鄰數碼轉換出的電壓值是不連續的，兩者的電壓差由最低碼位代表的位權值決定。它是信息所能分辨的最小量，也就是我們所說的用1LSB(Least Significant Bit)表示。對應于最大輸入數字量的最大電壓輸出值（絕對值），用FSR(Full Scale Range)表示。
D/A轉換器由數碼寄存器、模拟電子開關電路、解碼網絡、求和電路及基準電壓幾部分組成。數字量以串行或并行方式輸入、存儲于數碼寄存器中，數字寄存器輸出的各位數碼，分别控制對應位的模拟電子開關，使數碼為1的位在位權網絡上産生與其權值成正比的電流值，再由求和電路将各種權值相加，即得到數字量對應的模拟量。
分類
按解碼網絡結構不同
T型電阻網絡D/A轉換器
倒T型電阻網絡D/A轉換器權電流D/A轉換器
權電阻網絡D/A轉換器
按模拟電子開關電路的不同
CMOS開關型D/A轉換器（速度要求不高)
雙極型開關D/A轉換器電流開關型（速度要求較高）
ECL電流開關型（轉換速度更高）
精度位數
如果CCD的質量能夠滿足一定色彩位數的要求，為了獲得相應的輸出效果，就要求有相應位數的數模轉換實現數據采樣，才能獲得滿意的效果，如果CCD可以實現36位精度，卻使用了三個8位的數模轉換器，結果輸出出來就隻剩下24位的數據精度了，這對于CCD是一種浪費，而如果使用三個16位的數模轉換器，是實現了48位的數據輸出，但效果與36位比較并無改善，對數模轉換器就是一種浪費了。
1.數模轉換器是将數字信号轉換為模拟信号的系統，一般用低通濾波即可以實現。數字信号先進行解碼，即把數字碼轉換成與之對應的電平，形成階梯狀信号，然後進行低通濾波。
根據信号與系統的理論，數字階梯狀信号可以看作理想沖激采樣信号和矩形脈沖信号的卷積，那麼由卷積定理，數字信号的頻譜就是沖激采樣信号的頻譜與矩形脈沖頻譜（即Sa函數）的乘積。這樣，用Sa函數的倒數作為頻譜特性補償，由數字信号便可恢複為采樣信号。由采樣定理，采樣信号的頻譜經理想低通濾波便得到原來模拟信号的頻譜。
一般實現時，不是直接依據這些原理，因為尖銳的采樣信号很難獲得，因此，這兩次濾波（Sa函數和理想低通）可以合并（級聯），并且由于這各系統的濾波特性是物理不可實現的，所以在真實的系統中隻能近似完成。
2.模數轉換器是将模拟信号轉換成數字信号的系統，是一個濾波、采樣保持和編碼的過程。
模拟信号經帶限濾波，采樣保持電路，變為階梯形狀信号，然後通過編碼器，
使得階梯狀信号中的各個電平變為二進制碼。
3.比較器是将兩個相差不是很小的電壓進行比較的系統。最簡單的比較器就是運算放大器。
我們知道，運算放大器在連有深度負反饋的條件下，會在線性區工作，有着增益很大的放大特性，在計算時往往認為它放大的倍數是無窮大。而在沒有反饋的條件下，運算放大器在線性區的輸入動态範圍很小，即兩個輸入電壓有一定差距就會使運算放大器達到飽和。如果同相端電壓較大，則輸出最大電壓，一般是+12V；如果反相端電壓較大，則輸出最小電壓，一般是-12V。這樣，就實現了電壓比較功能。
真正的電壓比較器還會增加一些外圍輔助電路，加強性能。
