数模转换器（Digital to Analog Converter,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。在很多数字电路中，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。数模转换器由输入寄存器、模拟开关、电阻网络、基准电源与求和放大器5个部分组成。

美国科学家伯纳德·戈登（Bernard Gordon）是早期数模转换器的重要贡献者之一。20世纪70年代初，由于MOS工艺的精度还不够高，数模转换器只能采用多芯片方式实现，成本很高。1975年，一个采用 NMOS工艺的10位逐次逼近型数模转换器成为最早出现的单片数模转换器。1976年，出现了分辨率为11位的单片CMOS积分型数模转换器。20世纪80年代，出现了采用BiCMOS工艺制作的单片集成数模转换器，但是工艺复杂，成本高。随着CMOS工艺的不断发展，采用CMOS工艺制作单片数模转换器已成为主流。20世纪90年代后，便携式电子产品的普遍应用要求数模转换器的功耗尽可能地低，转换精度和速度也在不断提高。目前，数模转换器的转换速度已达到数百MSPS，分辨率已经达到24位。

数模转换器广泛应用于生产、生活的多个领域，在电子领域，数模转换器可以为电源实现精密的数字设定，还可以作为电位器实现对被测参量的控制；在绘图领域，数模转换器可以制作成任意波形发生器用来绘制曲线；在影视领域，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；在通信领域，数模转换器可以对复杂的调制波进行数字处理。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器件的需求，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。

由于电子信息技术的迅速发展，因数字电路具有抗干扰能力强、保密性好，且能应用电子计算机进行信息的处理和控制等优点，对信号进行数字处理越来越多的应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、电子测量仪、核物理、航天等各控制系统、通信系统和检测系统中。而实际处理的信号往往是一些模拟量，如声音、图像、温度、压力等都是属于连续变化的模拟信号，为了能够使用数字系统接收、处理和传输这些模拟信号，就必须要将这些信号转换成相应的数字信号方能送入数字系统（如微型计算机）进行处理；经过数字电路处理、分析和传输后的信号有时候又要求转换成相应的模拟量才能便于实际应用。这种在模拟信号和数字信号之间进行的相互转换就称为模/数转换和数/模转换。

下图是一个典型的数字通信系统。数字通信系统与模拟通信系统相比有着抗干扰性强、保密性好等优点。在该系统中多路模拟信号经过ADC转换为数字信号后通过信道传输，接收机将收到的数字信号经DAC转换为模拟信号以供后续操作。

数模转换器是一种将数字信号转换为模拟信号的器件。其基本原理是利用电阻网络，将数字量按每位数码的权值，转换成相应的模拟信号，然后用运算放大器求和电路，将这些模拟量相加，从而完成数模转换。数模转换器可以根据不同的标准进行分类，如一般类型有脉冲宽度调制数模转换器、过采样或插值数模转换器、二进制加权数模转换器、R-2R梯形(R-2R Indder)数模转换器等；按解码网络结构分类有T形电阻网络数模转换器、倒T形电阻网络数模转换器、权电流数模转换器、权电阻网络数模转换器；按模拟电子开关电路分类有CMOS开关型数模转换器、双极性开关型数模转换器、ECL电流开关型数模转换器。

美国科学家伯纳德·戈登（Bernard Gordon）是早期数模转换器的重要贡献者之一。20世纪70年代初，由于MOS工艺的精度还不够高，模拟部分一般采用双极工艺，数字部分则采用MOS工艺，且模拟部分和数字部分还不能做在同一个芯片上，因此，数模转换器只能采用多芯片方式实现，成本很高。1975年，一个采用 NMOS工艺的10位逐次逼近型数模转换器成为最早出现的单片数模转换器，1976年，出现了分辨率为11位的单片CMOS积分型数模转换器，此时的单片集成数模转换器中，数字部分占主体，模拟部分只起次要作用，且MOS工艺相对于双极工艺还存在许多不足。20世纪80年代，出现了采用BiCMOS工艺制作的单片集成数模转换器，但是工艺复杂，成本高。随着CMOS工艺的不断发展，采用CMOS工艺制作单片数模转换器已成为主流，这种数模转换器的成本低、功耗小。20世纪90年代后，便携式电子产品的普遍应用要求数模转换器的功耗尽可能地低。数模转换器功耗已由mW级降到μW级，转换精度和速度也在不断提高。目前，数模转换器的转换速度已达到数百MSPS，分辨率已经达到24位。

数模转换器是由数码锁存器、电子开关、电阻网络及求和电路构成。

数模转换是需要时间的，数码锁存器的作用就是把要转换的输入数字暂时保存起来，便于完成数模转换。电子开关有两挡位置，一挡接基准电压(VREF)，另一挡接地（0V）。电子开关受数码锁存器中的数字控制，当数字为1时，开关接VREF，当数字为0时，开关接地。电阻网络由不同阻值的电阻构成，电阻的一端跟随开关的位置分别接VREF或接地。当接VREF时，电阻上有电流，接地时电阻上无电流。求和电路的作用是把电阻网络中各电阻上的电流汇合起来，再经过一个输出反馈电阻形成输出电压。当输入的数字量越大，汇合的电流也越大，输出电压越高，这样输出电压与输入的数字成正比例关系，从而实现数字量到模拟量的转换。

数模转换器是将数字量转换成模拟量的器件，数模转换器输出模拟量和输入的数字量之间的关系可以用下式表示：A=RD，式中A为模拟量输出电压（或电流）；R为基准电压（或电流）；D为输入的数字量。D一般为小于1的二进制数，用下式表示：。上式中为二进制输入码的位系数，它们等于“1”和“0”。

数模转换的方法基本上有两类，一类是并行数模转换，一类是串行数模转换。并行数模转换是把一个数字量一次同时解出各位上的字码，这种转换方式的速度快，但使用的元件多；串行数模转换按一定节拍工作，在时钟脉冲控制下由一个电子开关一位接一位地进行工作，这种转换速度比并行低得多。采用并行还是串行数模转换器，主要还看数字量的输出方式。如果数字量的输出是并行的即一个n位二进制数通过几条线同时送出每位上的字码(高电势或低电位)，这时用并行转换为优。如数字量为串行输出，即由一条线按时钟控制的节拍逐位送出每个数位上的字码，则以串行数模转换为宜。

（1）脉冲宽度调制数模转换器：脉冲宽度调制(Pulse-Width Modulator.PWM)是最简单的数模转换器，PWM是将恒定的电流或电压通过数字信号控制，得到周期相同、脉冲宽度不同的波形，也就是将数字量转换为不同的占空比，占空比渐变的波形的平均值就形成了连续变化的电压值，脉冲宽度调制技术常用于电动机的速度调控。

（2）过采样或插值数模转换器：使用了过采样技术(插值技术)，应用在高分辨率(大于16位)的数模转换器中，具有高线性和低成本的优势。

（3）二进制加权数模转换器：这种类型的转换器的每一位都具有单独的电子转换模块，然后进行求和，电压或电流求和后输出。这是速度最快的转换方法之一，但是它不得不牺牲一定的精确度，因为这必须要求每一位的电压或电流的精确度都很高。即使能够满足上述要求，这样的设备也很昂贵，因此这类转换器的分辨率通常限制在8位。

（4）R-2R梯形(R-2R Indder)数模转换器：是一种阻值为R和2R的电阻反复级联结构的二进制加权数模转换器。这样能够改善转换的精确度，然而转换过程所需的时间相对更长，这是因为每一个R-2R结构连接的更大的RC时间常数。

此外还有逐次逼近数字模拟转换器，元编码数字模拟转换器、混合数字模拟转换器等。

（1）T形电阻网络数模转换器：下图为四位二进制数的T形电阻网络数模转换器的原理图。电阻网络里仅用R、2R两种阻值的电阻，因而克服了权电阻数模转换器电阻阻值相差过大的缺点，是一种比较实用、使用广泛的电路。它的输出端接到反相比例运算放大器的反相输入端，输出是模拟电压u0；UR是基准电压（参考电压）；S3~S0是各位的电子模拟开关；d3~d0是输入数字量，是四位二进制数，它们分别控制相应位的模拟开关。当二进制数码为1时，控制开关接到基准电压UR上，为0时则控制开关接地。

（2）倒T形电阻网络数模转换器：下图为四位倒T形电阻网络数模转换器的原理图。它由R、2R构成的倒T形电阻网络、模拟电子开关S、求和放大器A和基准电压源UR等部分组成。开关S0~S3分别受数字量d0~d3的控制，当某位二进制数码为1时，开关接到运算放大器的反相输入端（虚地），为0时接到运放的同相输入端（地）。

（3）权电流数模转换器：下图为权电流数模转换器的原理图。权电流数模转换器是一种双极型单片集成数模转换器，其工作原理与倒T形电阻网络数模转换器相似，不同的是，权电流数模转换器是用一组恒流源来取代T形电阻网络，从而克服了倒T形电阻数模转换器中，由模拟开关压降引起的转换误差，因此，大大降低了对模拟开关电路的要求。

（4）权电阻网络数模转换器：下图为权电阻网络数模转换器的原理图。图中UR为基准电压，Kn-1~K0为位切换开关，它受二进制各位状态控制，当某一二进制位为“0”时，对应位的开关接地，为“1”时开关接基准电压UR，2-(n-1)R~20R为二进制权电阻网络，它们的阻值与相应的二进制数各位的权相对应，权越大电阻越小，A为运算放大器，其虚地点按二进制数权的大小和各位开关的状态对电流求和，然后转换成相应的输出电压。

（1）CMOS开关型数模转换器：下图为9位CMOS数模转换器的原理图。三个芯片以10V的逻辑电平起开关的功能。一个15V电源为后续放大器和稳压块提供正电源，量程调整功能由稳压输出控制提供，通常设置为10V。线性稳压可以在不同电源电压条件下保证9位精度。系统功耗在70~200mW之间，主要消耗在了负载电阻和运算放大器上。稳压后的电源可以提供最大440μA的电流，其中370μA用来调整量程。电阻网络由1%精度的氧化金属膜电阻组成。电阻之间的匹配精度为2%，后接放大器可以调整消除大约1V的输出偏移。

（2）双极性开关型数模转换器：下图为双极性数模转换器的原理图。在此电路中采用了8位双极性数模转换器DAC08，DAC08只能输出电流，输出电压时要后接电流/电压变换器U1，74HC573为8位数据锁存器，在同一时间把数据送入DAC08可以减少因时间差引起的误差。电流输入端的稳定时间很短，为85ns，对后级的电流/电压变换电流的转换速率要求很高，所以U1采用高运算放大器LM6361N。R2为设定基准电流的电阻，通常满量程电流为2mA。

（3）ECL电流开关型数模转换器：ECL电流开关型数模转换器与上述两种数模转换器一样，都可以实现开关的功能，差异在于开关的状态转换速度上，ECL电流开关型数模转换器转换速度最高，双极性开关型数模转换器居中，CMOS开关型数模转换器转换速度最低。

分辨率是设计的转换输出可能值的个数。这也可以通过转换器使用的位数来表达（等于以2为底数，所有可能输出值个数的对数）。例如，一个1位的数字模拟转换器只能产生2种（21）输出电平值，而8位的数字模拟转换器则可以产生256种（28）输出电平值。数字模拟转换器的分辨率与其达到的有效位（effective number of bits）有关。分辨率直接决定了视频设备的色彩深度和音频设备的音频位深度（audio bit depth）。

最大采样率是数字模拟转换器能够正常工作并产生正确输出的最大工作速率。采样定理定义了采样率和被采样信号带宽的关系。

精度系指数模转换器的实际输出值与理论计算输出值之差。它是数模转换器各种误差的总和，包括非线性、零点、增益、温度漂移等项误差。数模转换器的绝对精度通常表示为满度输出电压的百分数。例如一个数模转换器规定的满度输出为10V，而实际输出只有9.9V，则该数模转换器有99%的绝对精度或1%的不精确度。也可以说数模转换器有1%的精度误差，精度由器件生产厂家给出，通常在±Q/2 (Q为量化电平)范围内。

建立时间是指由输入变化至输出稳定到最终值的±LSB/2以内的时间，其中 LSB为最低有效位。建立时间与数模转换器所用元器件有关，特别与一些开关与放大器有关。当数模转换器的输入数码由全0变为全1时,是要求建立时间最长的一种情况。因此，也有将建立时间定义为输出信号扫描转换器整个动态范围所需的时间。目前,像10位或12位单片集成数模转换器(不包括运算放大器)的转换时间一般不超1μs。

转换器的模拟输出值只与数字输入值具有相同方向的变化，例如，当输入信号增加，其输出值在生产正确的输出信号之前绝不会下降。这一性质对于转换器工作在低频信号源或作为数字可编程器件时关键。

通常用非线性误差的大小表示数模转换器的线性度。产生非线性误差有两种原因：各位模拟开关的压降不一定相等，而且接UR和接地时的压降也未必相等；各个电阻阻值的偏差不可能做到完全相等，而且不同位置上的电阻阻值的偏差对输出模拟电压的影响又不一样。

在高质量的数模转换器中，要求模拟开关电路和运算放大器的电源电压发生变化时，对输出电压的影响非常小。输出电压的变化与相对应的电源电压变化之比，称为电源抑制比。

不同型号的数模转换器输出电平相差较大，一般为5V~10V。

理想的数模转换器应是线性的，相邻两个数码之间差为1LSB，在满刻度范围内偏高理想的转换特性的最大值称为非线性误差。

在规定温度范围内（一般为-45~+85℃），相对于每变化1℃时，精度等参数的变化量。

这个参数描述了数字模拟转换器信号失真和噪声情况。它由所需信号中的谐波失真、噪声功率占总功率的百分比值来表示。它在动态和小信号数字模拟转换应用中是个重要参数。

动态范围描述了数字模拟转换器能够输出的最大和最小信号差值，以分贝表示。这个参数还和分辨率和底噪声（Noise floor）有关。

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。

在视频领域，数模转换器可以将数字视频信号转换为模拟信号以在模拟显示器上显示。同时，视频数模转换器通常与RAM集成形成RAMDAC，用于伽马校正等。

长途电话通话中，声音经过模数转换器转换为数字信号传输，再经数模转换器还原为模拟信号。IP语音通信也使用数模转换器和模数转换器进行信号转换。

在音频领域，CD播放器、数字音乐播放器、PC声卡等设备中都有数模转换器，将数字音频转换为模拟信号。高端音响系统中会使用独立的数模转换器来提升音质。USB扬声器和声卡中也包含DAC。