De ce avem nevoie de convertoare de date? În lumea reală, majoritatea datelor sunt disponibile sub formă de natură analogică. Avem două tipuri de convertoare convertor analogic digital și convertor digital-analog. În timp ce manipulați datele, aceste două interfețe de conversie sunt esențiale pentru echipamentele electronice digitale și pentru un dispozitiv electric analog care trebuie procesat de un procesor pentru a produce funcționarea necesară.
De exemplu, luați ilustrația DSP de mai jos, un ADC convertește datele analogice colectate de echipamentele de intrare audio, cum ar fi un microfon (senzor), într-un semnal digital care poate fi procesat de un computer. Computerul poate adăuga efecte sonore. Acum, un DAC va procesa semnalul sonor digital înapoi în semnalul analogic utilizat de echipamentele de ieșire audio, cum ar fi un difuzor.
Procesare semnal audio
Convertor digital-analog (DAC)
Convertorul digital în analog (DAC) este un dispozitiv care transformă datele digitale într-un semnal analogic. Conform teoremei de eșantionare Nyquist-Shannon, orice date eșantionate pot fi reconstituite perfect cu lățimea de bandă și criteriile Nyquist.
Un DAC poate reconstrui datele eșantionate într-un semnal analog cu precizie. Datele digitale pot fi produse de la un microprocesor, circuit specific integrat pentru aplicație (ASIC) sau Field Programmable Gate Array (FPGA) , dar în cele din urmă datele necesită conversia la un semnal analog pentru a interacționa cu lumea reală.
Convertor de bază digital în analog
Arhitecturi convertor D / A
Există două metode utilizate în mod obișnuit pentru conversia digitală în analogică: metoda Rezistențelor ponderate, iar cealaltă utilizează metoda rețelei R-2R.
DAC folosind metoda Rezistențelor ponderate
Diagrama schematică prezentată mai jos este DAC utilizând rezistențe ponderate. Funcționarea de bază a DAC este capacitatea de a adăuga intrări care vor corespunde în cele din urmă contribuțiilor diferiților biți ai intrării digitale. În domeniul tensiunii, adică dacă semnalele de intrare sunt tensiuni, adăugarea biților binari poate fi realizată folosind inversarea amplificator sumator prezentat în figura de mai jos.
Rezistențe binare ponderate DAC
În domeniul tensiunii, adică dacă semnalele de intrare sunt tensiuni, adăugarea biților binari poate fi realizată utilizând amplificatorul de însumare inversor prezentat în figura de mai sus.
Rezistențele de intrare ale op-amp au valorile lor de rezistență ponderate într-un format binar. Când binarul de recepție 1 comutatorul conectează rezistorul la tensiunea de referință. Când circuitul logic primește 0 binar, comutatorul conectează rezistorul la masă. Toți biții de intrare digitală sunt aplicați simultan la DAC.
DAC generează tensiune de ieșire analogică corespunzătoare semnalului de date digital dat. Pentru DAC, tensiunea digitală dată este b3 b2 b1 b0 unde fiecare bit este o valoare binară (0 sau 1). Tensiunea de ieșire produsă pe partea de ieșire este
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Pe măsură ce numărul de biți crește în tensiunea de intrare digitală, domeniul valorilor rezistenței devine mare și, în consecință, precizia devine slabă.
R-2R Convertor digital în analogic (DAC)
DAC-ul R-2R scară construit ca un DAC ponderat binar care utilizează o structură în cascadă repetată a valorilor rezistențelor R și 2R. Acest lucru îmbunătățește precizia datorită ușurinței relative de a produce rezistențe (sau surse de curent) egale.
R-2R Convertor digital în analogic (DAC)
Figura de mai sus prezintă scara DAC R-2R pe 4 biți. Pentru a obține o precizie la nivel înalt, am ales valorile rezistenței ca R și 2R. Fie valoarea binară B3 B2 B1 B0, dacă b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, atunci circuitul este prezentat în figura de mai jos, este o formă simplificată a circuitului DAC de mai sus. Tensiunea de ieșire este V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
În mod similar, dacă b2 = 1 și b3 = b1 = b0 = 0, atunci tensiunea de ieșire este V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 și circuitul este simplificat ca mai jos
Dacă b1 = 1 și b2 = b3 = b0 = 0, atunci circuitul prezentat în figura de mai jos este o formă simplificată a circuitului DAC de mai sus. Tensiunea de ieșire este V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
În cele din urmă, circuitul este prezentat mai jos, corespunzător cazului în care b0 = 1 și b2 = b3 = b1 = 0. Tensiunea de ieșire este V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
În acest fel, putem constata că atunci când datele de intrare sunt b3b2b1b0 (unde biții individuali sunt fie 0, fie 1), atunci tensiunea de ieșire este
Aplicații ale convertorului digital la analog
DAC-urile sunt utilizate în multe aplicații digitale de procesare a semnalului și în multe alte aplicații. Unele dintre aplicațiile importante sunt discutate mai jos.
Amplificator audio
DAC-urile sunt utilizate pentru a produce câștig de tensiune DC cu comenzile microcontrolerului. Deseori, DAC va fi încorporat într-un întreg codec audio care include caracteristici de procesare a semnalului.
Codificator video
Sistemul de codificare video va procesa un semnal video și va trimite semnale digitale către o varietate de DAC-uri pentru a produce semnale video analogice de diferite formate, împreună cu optimizarea nivelurilor de ieșire. Ca și în cazul codecurilor audio, aceste IC-uri pot avea DAC-uri integrate.
Display Electronics
Controlerul grafic va utiliza de obicei un tabel de căutare pentru a genera semnale de date trimise către un DAC video pentru ieșiri analogice, cum ar fi semnale roșu, verde, albastru (RGB) pentru a conduce un afișaj.
Sisteme de achiziție de date
Datele care trebuie măsurate sunt digitalizate de un convertor analog-digital (ADC) și apoi trimise unui procesor. Achiziția de date va include, de asemenea, un final de control al procesului, în care procesorul trimite date de feedback către un DAC pentru conversia în semnale analogice.
Calibrare
DAC oferă calibrare dinamică pentru câștig și compensare de tensiune pentru precizie în sistemele de testare și măsurare.
Control motor
Multe comenzi ale motorului necesită semnale de control al tensiunii , iar un DAC este ideal pentru această aplicație care poate fi condusă de un procesor sau controler.
Aplicație de control al motorului
Sistem de distribuție a datelor
Multe linii industriale și fabrici necesită mai multe surse de tensiune programabile, iar acest lucru poate fi generat de o bancă de DAC-uri care sunt multiplexate. Utilizarea unui DAC permite schimbarea dinamică a tensiunilor în timpul funcționării unui sistem.
Potențiometru digital
Aproape tot potențiometre digitale se bazează pe arhitectura șirului DAC. Cu o oarecare reorganizare a rezistenței / switch-ului și adăugarea de o interfață compatibilă I2C , poate fi implementat un potențiometru complet digital.
Software radio
Un DAC este utilizat cu un procesor de semnal digital (DSP) pentru a converti un semnal în analog pentru transmiterea în circuitul mixerului și apoi în amplificator de energie electrică și emițător.
Astfel, acest articol discută convertor digital-analogic și aplicațiile sale. Sperăm că ați înțeles mai bine acest concept. În plus, orice întrebări referitoare la acest concept sau pentru a implementa proiecte electrice și electronice, vă rugăm să oferiți sugestiile voastre valoroase comentând în secțiunea de comentarii de mai jos. Iată o întrebare pentru tine, Cum putem depăși precizia slabă în rezistența binară ponderată DAC?
