分段数字模拟转换器（DAC）是数字转换系统中的一种技术，它将传统的DAC分解为多个较小的单元，这些单元可以并行或串行工作以提高转换精度和速度。在介绍这种高级架构之前，需要了解DAC的基础知识。DAC是将数字信号转换成模拟信号的电路，广泛应用于音频设备、通信设备、测试仪器等领域。
在设计具有特定性能要求的DAC时，可能没有单一架构是理想的。在这些情况下，可以将两个或更多的DAC组合成一个更高分辨率的DAC以提供所需的性能。这些DAC可以是同种类型也可以是不同类型，不一定每个DAC都有相同的分辨率。原则上，一个DAC处理最高有效位（MSBs），另一个处理最低有效位（LSBs），并且它们的输出以某种方式相加。这个过程被称为“分段”，而这些更复杂的结构被称为“分段DAC”。
分段DAC有多种不同的类型，本篇教程将展示其中的一些。图1显示了两种不同类型的分段电压输出DAC。图1A的架构有时被称为Kelvin-Varley除法器，由两个或多个"字符串DAC"组成。由于第一和第二级之间有缓冲器，第二级字符串DAC不会对第一级造成负载，这个字符串中的电阻不需要与另一个字符串中的电阻有相同的值。然而，每个字符串中的所有电阻都需要彼此相等，否则DAC将不会是线性的。这里展示的示例具有3位第一和第二级，但为了具有通用性，让我们把第一级（MSB）的分辨率称为M位，第二级（LSB）为K位，总共N=M+K位。MSB DAC具有一串2的M次方个等值电阻，LSB DAC具有一串2的K次方个等值电阻。
当R-2R梯形网络是单调的时，整个DAC也是单调的。Kelvin除法器和R-2R梯形网络的组合可以使MSB的R-2R梯形位于右侧，这样可以在保持整个DAC的单调性的同时，优化LSB DAC的性能。
在分段DAC设计中，需要注意的一个问题是缓冲器放大器的失调电压。失调电压会使得缓冲的分段字符串DAC产生非单调性。在Kelvin-Varley除法器缓冲器的简单配置中（图1A），缓冲器A总是处于缓冲器B的“下方”（具有更低的电位），并且LSB字符串DAC上标记为“A”的额外抽头并不是必需的。数据解码只是两个优先编码器。然而，在这种配置中，缓冲器失调会导致非单调性。但是，如果MSB字符串DAC的数据解码变得更加复杂，这种情况可以得到改善。
分段DAC的概念可以追溯到早期的电阻网络DAC，例如R-2R梯形网络，它提供了一种线性的电阻网络，能够在数字输入变化时产生平滑的模拟输出。Kelvin-Varley除法器是另一种形式的分段DAC，它通过组合两个或更多分段来实现高分辨率和高性能。
在分段DAC的设计中，工程师需要注意电路中的非线性误差、温度漂移、以及缓冲器和电路板材料的特性。尤其是在高速应用中，这些因素对信号完整性有着显著的影响。另外，随着集成度的提高，对DAC的功耗和尺寸要求也变得越来越严格，设计人员需要在保证性能的同时优化这些参数。
分段DAC的实现方式多种多样，可以结合现代电路设计技术如微电子机械系统（MEMS）制造技术来进一步优化性能和缩小尺寸。在一些应用中，如便携式音频播放器和高端测试设备中，分段DAC的技术正在不断的进步，使得它们更加精确、稳定且具有更快的转换速度。
总结来说，分段DAC是一种高级的数字模拟转换技术，它通过将DAC分解成多个处理不同位的分段来实现高性能。这种架构允许设计师针对特定的应用需求定制DAC的性能，比如提高分辨率、改善线性度和精度，或是提升转换速度。分段DAC在各种高端应用中都有广泛的应用，随着技术的不断进步，未来这一领域还将继续发展和完善。
