Digitaal-analoogmuundur (DAC) ja selle rakendused

Proovige Meie Instrumenti Probleemide Kõrvaldamiseks





Miks me vajame andmemuundureid? Reaalses maailmas on enamik andmeid looduses analoogide kujul. Meil on kahte tüüpi muundureid analoog-digitaalmuundur ja digitaal-analoogmuundur. Andmetega manipuleerimise ajal on need kaks teisendusliidest digitaalse elektroonikaseadme ja analoog-elektriseadme jaoks hädavajalikud, mida protsessor peab vajaliku töö tagamiseks töötlema.

Näiteks võtke allpool toodud DSP joonis. ADC teisendab helisisendseadmete, näiteks mikrofoni (anduri) kogutud analoogandmed digitaalsignaaliks, mida arvuti saab töödelda. Arvuti võib lisada heliefekte. Nüüd töötleb DAC digitaalset helisignaali uuesti analoogsignaaliks, mida kasutavad heli väljundseadmed, näiteks kõlar.




Helisignaali töötlemine

Helisignaali töötlemine

Digitaal-analoogmuundur (DAC)

Digital to Analog Converter (DAC) on seade, mis muudab digitaalsed andmed analoogsignaaliks. Vastavalt Nyquist-Shanoni valimisteoreemule saab mis tahes valimisse kuuluvaid andmeid ribalaiuse ja Nyquisti kriteeriumide abil täiuslikult rekonstrueerida.



DAC suudab proovivõetud andmed täpselt analoogsignaaliks rekonstrueerida. Digitaalandmeid võib toota mikroprotsessorist, rakendusspetsiifilisest integraallülitusest (ASIC) või Välja programmeeritav väravate massiiv (FPGA) , kuid lõpuks vajavad andmed reaalmaailmaga suhtlemiseks muundamist analoogsignaaliks.

Põhiline digitaal-analoogmuundur

Põhiline digitaal-analoogmuundur

D / A muunduri arhitektuurid

Digitaal-analoog muundamiseks kasutatakse tavaliselt kahte meetodit: kaalutud takistite meetod ja teine ​​kasutab redelivõrgu R-2R meetodit.

DAC, kasutades kaalutud takistite meetodit

Allpool toodud skemaatiline diagramm on DAC, kasutades kaalutud takisteid. DAC-i põhioperatsioon on võime lisada sisendeid, mis vastavad lõpuks digitaalse sisendi erinevate bittide panusele. Pingevaldkonnas, st kui sisendsignaalid on pinged, saab binaarbittide lisamise inverteeriva summeeriv võimendi näidatud alloleval joonisel.


Binaarsed kaalutud takistid DAC

Binaarsed kaalutud takistid DAC

Pingevaldkonnas, see tähendab, et sisendsignaalid on pinged, võib binaarbittide lisamise saavutada ülaltoodud joonisel näidatud ümberpööratava summeerimisvõimendi abil.

Sisendtakistid op-amp lasta vastupanuväärtused kaaluda binaarses vormingus. Kui vastuvõttev binaar 1 ühendab lüliti takisti etalonpingega. Kui loogikalülitus saab binaarse 0, ühendab lüliti takisti maandusega. Kõik digitaalsed sisendbitid rakendatakse samaaegselt DAC-ile.

DAC genereerib antud digitaalsele andmesignaalile vastava analoogväljundpinge. DAC-i jaoks on antud digitaalne pinge b3 b2 b1 b0, kus iga bitt on binaarväärtus (0 või 1). Väljundi poolel toodetud väljundpinge on

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

Kuna digitaalse sisendpinge bittide arv suureneb, muutub takisti väärtuste vahemik suureks ja seetõttu muutub täpsus kehvaks.

R-2R redeli digitaalne analoogmuundur (DAC)

R-2R redeli DAC, mis on konstrueeritud kahendkaalutud DAC-iga, mis kasutab takisti väärtuste R ja 2R korduvat kaskaadstruktuuri. See parandab täpsust, kuna võrdsete väärtusega sobitatud takistite (või vooluallikate) tootmine on suhteliselt lihtne.

R-2R redeli digitaalne analoogmuundur (DAC)

R-2R redeli digitaalne analoogmuundur (DAC)

Ülaltoodud joonisel on kujutatud 4-bitine R-2R redel DAC. Kõrgel tasemel täpsuse saavutamiseks oleme valinud takisti väärtused R ja 2R. Olgu binaarväärtus B3 B2 B1 B0, kui b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, siis on alloleval joonisel kujutatud vooluring ülaltoodud DAC-ahela lihtsustatud vorm. Väljundpinge on V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2

Samamoodi, kui b2 = 1 ja b3 = b1 = b0 = 0, siis on väljundpinge V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 ja vooluahelat lihtsustatakse allpool

Kui b1 = 1 ja b2 = b3 = b0 = 0, siis on alloleval joonisel kujutatud vooluring ülaltoodud DAC-ahela lihtsustatud vorm. Väljundpinge on V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8

Lõpuks on vooluring toodud allpool, mis vastab juhtumile, kus b0 = 1 ja b2 = b3 = b1 = 0. Väljundpinge on V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16

Sel moel võime leida, et kui sisendandmed on b3b2b1b0 (kus üksikud bitid on kas 0 või 1), siis on väljundpinge

Digitaal-analoogmuunduri rakendused

DAC-sid kasutatakse paljudes digitaalsignaali töötlemise rakendustes ja paljudes muudes rakendustes. Mõningaid olulisi rakendusi käsitletakse allpool.

Helivõimendi

DAC-sid kasutatakse alalisvoolu pinge võimendamiseks mikrokontrolleri käskudega. Sageli integreeritakse DAC tervesse helikoodekisse, mis sisaldab signaali töötlemise funktsioone.

Video kodeerija

Videokodeerimissüsteem töötleb videosignaali ja saadab digitaalsignaale erinevatele DAC-idele, et toota erineva formaadiga analoog-videosignaale koos optimeerida väljundtasemeid. Nagu helikoodekite puhul, võivad ka nendel IC-del olla integreeritud DAC-id.

Kuva elektroonika

Graafiline kontroller kasutab tavaliselt otsingu tabelit video DAC-ile saadetud andmesignaalide loomiseks analoogväljundite jaoks, nagu punane, roheline, sinine (RGB) signaalid, et kuvarit juhtida.

Andmekogumissüsteemid

Mõõdetavad andmed digiteeritakse analoog-digitaalmuunduriga (ADC) ja saadetakse seejärel protsessorile. Andmete hankimine hõlmab ka protsessi juhtimise lõppu, milles protsessor saadab tagasisideandmeid DAC-ile analoogsignaalideks teisendamiseks.

Kalibreerimine

DAC pakub dünaamilist kalibreerimist võimenduse ja pinge nihke jaoks täpsuse saavutamiseks katse- ja mõõtesüsteemides.

Mootori juhtimine

Paljud mootori juhtimisseadmed vajavad pinge juhtimise signaalid ja DAC on selle rakenduse jaoks ideaalne, mida võib juhtida protsessor või kontroller.

Mootori juhtimise rakendus

Mootori juhtimise rakendus

Andmete levitamise süsteem

Paljud tööstus- ja tehaseliinid vajavad mitut programmeeritavat pingeallikat ning selle saab genereerida multipleksitud DAC-de pank. DAC-i kasutamine võimaldab pinge dünaamilist muutmist süsteemi töötamise ajal.

Digitaalne potentsiomeeter

Peaaegu kõik digitaalsed potentsiomeetrid põhinevad stringi DAC-arhitektuuril. Takisti / lüliti massiivi mõningase ümberkorraldamise ja I2C-ga ühilduv liides , saab rakendada täielikult digitaalset potentsiomeetrit.

Raadio tarkvara

DAC-d kasutatakse koos digitaalse signaaliprotsessoriga (DSP) signaali teisendamiseks segisti ahelas edastamiseks analoogiks ja seejärel raadio võimendi ja saatja.

Seega käsitletakse selles artiklis digitaalsest analoogmuundurisse ja selle rakendused. Loodame, et olete sellest kontseptsioonist paremini aru saanud. Lisaks sellele, kui teil on küsimusi selle kontseptsiooni või elektri- ja elektroonikaprojektide elluviimise kohta, esitage palun oma väärtuslikud ettepanekud kommenteerides allolevas kommentaaride osas. Siin on teile küsimus, Kuidas me saame üle kahendkaalutud takisti DAC-i kehvast täpsusest?