数字数据与模拟信号:通信方法与设计要点

21世纪初，当数码相机开始取代模拟相机时，我以为对于普通消费者来说，模拟摄影的时代已经一去不复返了。至少在富士胶片的Instax在青少年中大受欢迎之前，情况似乎是这样的，他们想要为自己的照片寻找一种更复古或更复古的美学(当然，在那个年代，他们不必面对模拟相机的麻烦)。

消费者模拟相机的回归证明，现在就放弃任何技术还为时过早，模拟和数字可以在协同平衡中共存。这同样适用于PCB设计师。如果你一直在使用数字模块，你应该知道电子的模拟部分是一个完全不同的世界。

更重要的是要掌握数字和模拟电子之间的接口技能。在某些应用中，系统或产品需要将数字数据转换为模拟信号以达到其目的。

数字数据到模拟信号转换基础知识

尽管生活在数字世界，模拟应用程序仍然普遍存在于我们的日常生活中。智能手机仍然依靠模拟信号从你最喜欢的曲目中提取声音。图形控制器接收数字视频信号，并将其转换为模拟R, G, B供外部显示接口使用。

数字数据到模拟信号的转换在工业应用中也很常见。例如，4-20 mA涉及到将数字参数转换为相应的模拟值电流。

数字数据到模拟信号转换的理论是产生一个与二进制值对应的等效电压。至于底层硬件，最具操作性和最直接的数模转换电路可以简化为R-2R二进制梯形电路。

R-2R二进制电路是连接到求和放大器的加权电阻电路的临时版本。产生的电压是基于电阻值，根据二进制值进行加权。逻辑1导致开关连接到参考电压，而逻辑0连接开关gto地。

数字数据到模拟信号转换的重要参数

在PCB设计中，你更可能使用DAC芯片而不是基本的R-2R电路。DAC芯片更加复杂，因为它们支持多通道、高分辨率、功率优化和通信接口的选择等功能。

在选择DAC芯片时，你需要考虑以下几点:

• 决议-在最严格的意义上，DAC产生的模拟信号永远不可能像机械旋钮开关产生的那样平滑。然而，选择高分辨率的DAC在改变模拟电压或电流时会产生更小的步骤。

• 刷新率-如果你在工作的话音频应用程序在美国，你应该选择刷新率更高的dac。该参数表示DAC将根据其内部寄存器改变其模拟输出的频率。

• 数量的渠道DAC芯片的美妙之处在于你可以在一个半导体IC中拥有多个通道，如果你的PCB空间紧张，这是一个很有用的功能。

• 信噪比- - -信噪比比值可以让你对DAC的性能有一个很好的了解。对于音频应用，经验法则是坚持使用高于100信噪比的DAC。

PCB设计提示与数字到模拟转换器

将数字数据转换为模拟信号的精度不仅取决于DAC芯片，还取决于PCB布局。模拟信号对干扰很敏感，您需要坚持某些最佳实践。

地面分离是确保模拟信号完整性的关键。

最重要的是在数字和模拟组件之间有适当的分离。即使你有一个DAC只有一个模拟跟踪指向连接器，其他数字元件和痕迹必须远离它。

地面分离在防止数字噪声耦合到模拟信号中也是至关重要的。你要计划好模拟信号的返回路径通过有一个与轨迹相邻的地平面。你还需要确保稳定的电源用于DAC芯片。将旁路电容放置在DAC的电源引脚附近，避免使用数字元件的采样电压。

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