O digitalno-analognom pretvaraču (DAC) i njegovim primjenama

O digitalno-analognom pretvaraču (DAC) i njegovim primjenama

Zašto su nam potrebni pretvarači podataka? U stvarnom je svijetu većina podataka dostupna u obliku analogne prirode. Imamo dvije vrste pretvarača analogno u digitalni pretvarač i digitalno-analogni pretvarač. Dok manipuliraju podacima, ta su dva pretvaračka sučelja ključna za digitalnu elektroničku opremu i analogni električni uređaj koji procesor obrađuje kako bi postigao potreban rad.



Na primjer, uzmite donju DSP ilustraciju, ADC pretvara analogne podatke prikupljene audio ulaznom opremom, poput mikrofona (senzora), u digitalni signal koji računalo može obraditi. Računalo može dodati zvučne efekte. Sada će DAC digitalni zvučni signal ponovo obraditi u analogni signal koji koristi audio izlazna oprema, poput zvučnika.


Obrada audio signala

Obrada audio signala





Digitalno-analogni pretvarač (DAC)

Digitalno-analogni pretvarač (DAC) uređaj je koji digitalne podatke pretvara u analogni signal. Prema Nyquist-Shannonovom teoremu o uzorkovanju, svi uzorkovani podaci mogu se savršeno rekonstruirati s propusnom širinom i Nyquistovim kriterijima.

DAC može precizno rekonstruirati uzorkovane podatke u analogni signal. Digitalni podaci mogu se proizvesti iz mikroprocesora, integriranog kruga specifičnog za aplikaciju (ASIC) ili Polje programabilnih vrata (FPGA) , ali u konačnici podaci zahtijevaju pretvorbu u analogni signal kako bi mogli komunicirati sa stvarnim svijetom.



Osnovni digitalno-analogni pretvarač

Osnovni digitalno-analogni pretvarač

D / A arhitekture pretvarača

Dvije su metode koje se obično koriste za digitalnu u analognu pretvorbu: metoda ponderiranih otpornika, a druga koristi metodu mrežne ljestve R-2R.

DAC primjenom metode ponderiranih otpornika

Shema dolje prikazana je DAC pomoću ponderiranih otpornika. Osnovna operacija DAC-a je sposobnost dodavanja ulaza koji će u konačnici odgovarati doprinosu različitih bitova digitalnog ulaza. U domeni napona, to jest ako su ulazni signali naponi, dodavanje binarnih bitova može se postići invertiranjem zbrajajuće pojačalo prikazano na donjoj slici.


Binarno ponderirani otpornici DAC

Binarno ponderirani otpornici DAC

U domeni napona, to jest ako su ulazni signali naponi, dodavanje binarnih bitova može se postići korištenjem invertirajućeg pojačavača zbrajanja prikazanog na gornjoj slici.

Ulazni otpornici op-pojačalo imaju vrijednosti otpora ponderirane u binarnom formatu. Kada prijemni binarni 1 sklopka povezuje otpornik s referentnim naponom. Kada logički sklop primi binarno 0, sklopka povezuje otpornik sa masom. Svi digitalni ulazni bitovi istovremeno se primjenjuju na DAC.

DAC generira analogni izlazni napon koji odgovara danom digitalnom podatkovnom signalu. Za DAC zadani digitalni napon je b3 b2 b1 b0 gdje je svaki bit binarna vrijednost (0 ili 1). Izlazni napon proizveden na izlaznoj strani je

V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref

Kako se broj bitova povećava u digitalnom ulaznom naponu, raspon vrijednosti otpora postaje velik, a sukladno tome i točnost postaje loša.

R-2R ljestve digitalno-analogni pretvarač (DAC)

DAC ljestve R-2R konstruiran kao binarno ponderirani DAC koji koristi ponavljajuću kaskadnu strukturu otpornih vrijednosti R i 2R. To poboljšava preciznost zbog relativne lakoće proizvodnje otpornika s jednakim vrijednostima (ili trenutnih izvora).

R-2R ljestve digitalno-analogni pretvarač (DAC)

R-2R ljestve digitalno-analogni pretvarač (DAC)

Gornja slika prikazuje 4-bitni DAC ljestvice R-2R. Da bismo postigli točnost na visokoj razini, odabrali smo vrijednosti otpora kao R i 2R. Neka je binarna vrijednost B3 B2 B1 B0, ako je b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, tada je sklop prikazan na donjoj slici, to je pojednostavljeni oblik gornjeg DAC kruga. Izlazni napon je V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2

Slično tome, ako je b2 = 1 i b3 = b1 = b0 = 0, tada je izlazni napon V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4, a krug je pojednostavljen kao dolje

Ako je b1 = 1 i b2 = b3 = b0 = 0, tada je sklop prikazan na donjoj slici pojednostavljeni oblik gornjeg DAC kruga. Izlazni napon je V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8

Konačno, dolje je prikazan krug koji odgovara slučaju kada je b0 = 1 i b2 = b3 = b1 = 0. Izlazni napon je V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16

Na taj način možemo pronaći da kada je ulazni podatak b3b2b1b0 (gdje su pojedinačni bitovi 0 ili 1), tada je izlazni napon

Primjene digitalno analognog pretvarača

DAC-ovi se koriste u mnogim aplikacijama za digitalnu obradu signala i mnogim drugim aplikacijama. U nastavku se razmatraju neke od važnih primjena.

Audio pojačalo

DAC-ovi se koriste za dobivanje istosmjernog napona pomoću naredbi mikrokontrolera. DAC se često ugrađuje u cijeli audio kodek koji uključuje značajke obrade signala.

Video koder

Sustav video kodera obrađivat će video signal i slati digitalne signale na razne DAC-ove kako bi proizveo analogne video signale različitih formata, zajedno s optimizacijom izlaznih razina. Kao i kod audio kodeka, i ovi IC-ovi možda imaju integrirane DAC-ove.

Elektronika zaslona

Grafički kontroler obično koristi tablicu pretraživanja za generiranje podatkovnih signala poslanih na video DAC za analogne izlaze kao što su crveni, zeleni, plavi (RGB) signali za pogon zaslona.

Sustavi za prikupljanje podataka

Podaci za mjerenje digitaliziraju se analogno-digitalnim pretvaračem (ADC) i zatim šalju procesoru. Prikupljanje podataka također će uključivati ​​kraj upravljanja procesom, u kojem procesor šalje povratne podatke u DAC za pretvaranje u analogne signale.

Kalibriranje

DAC omogućuje dinamičku kalibraciju pojačanja i pomaka napona za točnost u sustavima za ispitivanje i mjerenje.

Upravljanje motorom

Mnoge kontrole motora zahtijevaju signali za regulaciju napona , a DAC je idealan za ovu aplikaciju koju može pokretati procesor ili kontroler.

Primjena upravljanja motorom

Primjena upravljanja motorom

Sustav distribucije podataka

Mnoge industrijske i tvorničke linije zahtijevaju više programabilnih izvora napona, a to može generirati grupa DAC-ova koji su multipleksirani. Korištenje DAC-a omogućuje dinamičku promjenu napona tijekom rada sustava.

Digitalni potenciometar

Gotovo sve digitalni potenciometri temelje se na string DAC arhitekturi. Uz određenu reorganizaciju niza otpornika / prekidača i dodavanjem sučelje kompatibilno s I2C , može se implementirati potpuno digitalni potenciometar.

Radio softver

DAC se koristi s digitalnim procesorom signala (DSP) za pretvaranje signala u analogni za prijenos u krugu miksera, a zatim u radio pojačalo i odašiljač.

Stoga ovaj članak raspravlja digitalni u analogni pretvarač i njegove primjene. Nadamo se da ste bolje razumjeli ovaj koncept. Nadalje, bilo kakva pitanja u vezi s ovim konceptom ili za provedbu električnih i elektroničkih projekata, dajte svoje vrijedne prijedloge komentiranjem u odjeljku za komentare u nastavku. Evo pitanja za vas, Kako možemo prevladati lošu preciznost DAC-a binarno ponderiranog otpornika?