Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – это устройство, преобразующее цифровой сигнал в аналоговый. Устройства ЦАП применяют не только для воспроизведения переменного аналогового сигнала в непрерывном режиме, но и для воспроизведения уровней постоянных напряжений (токов).

ЦАП в непрерывном (синхронном, потоковом) режиме применяют в задачах непрерывного управления, для воспроизведения звуковых, ультразвуковых и видеосигналов.

ЦАП в асинхронном режиме управления применяют как управляемый источник опорного напряжения (тока), в медленных контурах управления для подстройки уровня сигнала "малыми шагами".

Большинство ЦАП по их характеристикам и по назначению можно разделить на две основные группы:

1. Инструментальный ЦАП
2. Сигнальный ЦАП   

Инструментальные ЦАП предназначены для функций управления. Они могут не обладать хорошими спектральными характеристиками, но они должны обладать монотонностью характеристики преобразования, хорошей стабильностью воспроизведения напряжения постоянного тока. Среди инструментальных ЦАП встречаются преобразователи с малым временем установки сигнала, с малым временем преобразования сигнала для задач, связанных с оперативным управлением. Инструментальные ЦАП используют, как правило, одноступенчатую (неконвейерную)  архитектуру на основе резистрной матрицы и аналоговых ключей. Для обеспечения монотонной характеристики используют резисторную матрицу в виде последовательной цепи резисторов (например, технология stream DAC). Такая одноступенчатая технология, кроме преимуществ в бысродействии, в скорости нарастания выходного сигнала, имеет также два недостатка – это проникновение зарядов переключения используемого в архитектуре ЦАП коммутатора, что вызывает быстрый переходный процесс на выходе ЦАП в виде всплесков длительностью несколько наносекунд в момент переключения на следующий отсчёт, и совсем невысокая линейность преобразования этих ЦАП. Применение выходного аналогового ФНЧ, а также применение кусочно-линейной аппроксимации, в значительной стенени улучшают линейность и  спектральные характеристики инструментальных ЦАП, если их применять в качестве сигнальных ЦАП.    

Сигнальные ЦАП предназначены для функций воспроизведения сигналов. Они должны обладать хорошими спектральными характеристиками, имеют интерполяцию выходного сигнала. Но эти ЦАП могут не обладать хорошей стабильностью выходного напряжения по постоянному току и, как правило, имеют значительное время задержки, измеряемое десятками периодов преобразования. Сигнапьные ЦАП звукового дипапазона частот используют технологию сигма-дельта ЦАП, высокую внутреннюю частоту преобразования и интерполяцию, которая убирает "ступенчатость" формирования выходного сигнала. Однако в качественных сигма-дельта ЦАП используют также аналоговые ФНЧ для подавления остаточных высокочастотных составляющих на выходе.

В отдельную группу ЦАП можно включить ЦАП на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Это недорогой принцип создания инструментального ЦАП на основе порта PWM контроллера и аналогового ФНЧ. 

Основными характеристиками ЦАП являются:

• Диапазон выходных напряжений.
• Динамический диапазон.
• Выходной ток (или характеристики номинальной нагрузки).
• Полоса частот воспроизведения выходного сигнала.
• Период (частота) преобразования. Для асинхронных ЦАП нормируется время преобразования.
• Время установления выходного сигнала.
• Коэффициент нелинейных искажения (КНИ).
• Погрешность воспроизведения напряжения постоянного и переменного тока.

Существуют ЦАП с выходом по току. Для них также нормируется диапазон выходных токов на номинальной нагрузке.

---

Пример использования термина

Термин используется в документации различных систем сбора данных, например, перечисленных ниже.

Разрядность: 16 бит
Частота преобразования до 500 кГц
Каналов: 4/8 дифференциальных
Диапазоны: ±1 В…10 В

Модуль ЦАП
8 каналов, 16 бит, 500 кГц

LTR34

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
18/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI Express

Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, PCI Express

L-502

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
17/16, ТТЛ 5 В
Интерфейс: USB 2.0 (high-speed), Ethernet (100 Мбит)
Гальваническая развязка.

Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, USB, Ethernet

E-502

АЦП: 14 бит; 16/32 каналов;
±0,15 В…10 В; 200 кГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 200 кГц
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: USB 2.0

Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 14 бит, 200 кГц, USB

E14-140M

АЦП: 14 бит; 16/32 каналов;
±0,156 В…10 В; 400 кГц
ЦАП: 12 бит; 2 канала; ±5 В; 8 мкс
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: USB 2.0

Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 14 бит, 400 кГц, USB

E14-440