ADC 与 DAC 对比

Author：余生

一：ADC vs DAC —— 全面对比

特性	ADC	DAC
方向	模拟 → 数字	数字 → 模拟
输入	模拟电压	数字码
输出	数字码	模拟电压 / 电流
核心电路	比较器、SAR、调制器	电阻网络、开关、运放
关键指标	分辨率、采样率、SNR、ENOB	分辨率、建立时间、INL/DNL
典型应用	传感器采集、音频输入、电压监测	音频输出、波形发生、电机控制
速度	从 Hz 到 GHz	从 Hz 到 MHz
精度挑战	量化噪声、采样误差、非线性	电阻匹配、开关毛刺、温度漂移
外部依赖	参考电压源、抗混叠滤波器	参考电压源、重建滤波器

二：ADC 与 DAC 的协同工作

2.1 数据采集与回放系统

模拟信号 → [抗混叠滤波] → ADC → 数字处理 → DAC → [重建滤波] → 模拟输出

• 抗混叠滤波器（Anti-Aliasing Filter）：防止高频信号混叠到采样带宽内。
• 重建滤波器（Reconstruction Filter）：平滑 DAC 输出的阶梯波。

2.2 闭环控制系统

传感器 → ADC → MCU → 控制算法 → DAC → 执行器 → 反馈 → 传感器

如温度控制、电机调速等。

三：高级话题

3.1 参考电压源（Voltage Reference）

• 内部参考：方便，但精度和温漂较差。
• 外部参考（如 LM4040、REF3030）：高精度、低温漂，用于高精度测量。

3.2 采样定理（奈奎斯特定理）

采样率必须大于信号最高频率的 2 倍，才能无失真恢复原信号。

3.3 有效位数（ENOB）

实际 ADC 的精度受噪声、失真影响，ENOB = (SNR - 1.76) / 6.02，通常小于标称分辨率。

3.4 抖动（Dithering）

在 ADC 输入端加入微小噪声，可提高低电平信号的分辨率和线性度。

结语

ADC 和 DAC 是连接模拟世界与数字世界的 “翻译官”。它们的工作不仅仅是简单的电压到数字的映射，而是涉及精密电路设计、时序控制、噪声管理、信号完整性等多个工程领域的综合体现。

• ADC 的核心是 “采样与量化”，追求速度与精度的平衡。
• DAC 的核心是 “重建与平滑”，追求线性度与稳定性。

理解它们的底层原理，不仅能帮助我们正确配置微控制器外设，更能让我们在设计传感器系统、音频设备、工业控制等应用时，做出更优的硬件与软件决策。

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