Waarom hebben we dataconverters nodig? In de echte wereld zijn de meeste gegevens beschikbaar in de vorm van analoog van aard. We hebben twee soorten converters analoog-digitaalomzetter en digitaal naar analoog converter. Bij het manipuleren van de gegevens zijn deze twee conversie-interfaces essentieel voor digitale elektronische apparatuur en een analoog elektrisch apparaat dat door een processor moet worden verwerkt om de vereiste werking te produceren.
Neem bijvoorbeeld de onderstaande DSP-illustratie, een ADC converteert de analoge gegevens die zijn verzameld door audio-invoerapparatuur zoals een microfoon (sensor), in een digitaal signaal dat kan worden verwerkt door een computer. De computer kan geluidseffecten toevoegen. Nu verwerkt een DAC het digitale geluidssignaal terug naar het analoge signaal dat wordt gebruikt door audio-uitgangsapparatuur zoals een luidspreker.
Audiosignaalverwerking
Digitaal naar analoog converter (DAC)
Digitaal naar Analoog Converter (DAC) is een apparaat dat digitale gegevens omzet in een analoog signaal. Volgens de bemonsteringsstelling van Nyquist-Shannon kunnen alle bemonsterde gegevens perfect worden gereconstrueerd met behulp van bandbreedte en Nyquist-criteria.
Een DAC kan bemonsterde gegevens met precisie reconstrueren tot een analoog signaal. De digitale gegevens kunnen worden geproduceerd door een microprocessor, Application Specific Integrated Circuit (ASIC) of Field Programmable Gate Array (FPGA) , maar uiteindelijk moeten de gegevens worden geconverteerd naar een analoog signaal om te kunnen communiceren met de echte wereld.
Basis digitaal naar analoog converter
D / A-converterarchitecturen
Er zijn twee methoden die vaak worden gebruikt voor conversie van digitaal naar analoog: de methode met gewogen weerstanden en de andere methode gebruikt de R-2R laddernetwerkmethode.
DAC met behulp van de methode met gewogen weerstanden
Het onderstaande schematische diagram is DAC met behulp van gewogen weerstanden. De basiswerking van DAC is de mogelijkheid om ingangen toe te voegen die uiteindelijk zullen overeenkomen met de bijdragen van de verschillende bits van de digitale ingang. In het spanningsdomein, dat wil zeggen als de ingangssignalen spanningen zijn, kan de toevoeging van de binaire bits worden bereikt met behulp van de inverterende sommerende versterker weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Binair gewogen weerstanden DAC
In het spanningsdomein, dat wil zeggen als de ingangssignalen spanningen zijn, kan de toevoeging van de binaire bits worden bereikt met behulp van de inverterende sommerende versterker die in de bovenstaande afbeelding wordt getoond.
De ingangsweerstanden van de operationele versterker hebben hun weerstandswaarden gewogen in een binair formaat. Bij de ontvangende binaire 1 verbindt de schakelaar de weerstand met de referentiespanning. Wanneer het logische circuit binair 0 ontvangt, verbindt de schakelaar de weerstand met aarde. Alle digitale invoerbits worden gelijktijdig op de DAC toegepast.
De DAC genereert een analoge uitgangsspanning die overeenkomt met het gegeven digitale datasignaal. Voor de DAC is de gegeven digitale spanning b3 b2 b1 b0 waarbij elke bit een binaire waarde is (0 of 1). De uitgangsspanning geproduceerd aan de uitgangszijde is
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Naarmate het aantal bits in de digitale ingangsspanning toeneemt, wordt het bereik van de weerstandswaarden groot en dienovereenkomstig wordt de nauwkeurigheid slecht.
R-2R Ladder digitaal naar analoog converter (DAC)
De R-2R ladder-DAC geconstrueerd als een binair gewogen DAC die een zich herhalende trapsgewijze structuur van weerstandswaarden R en 2R gebruikt. Dit verbetert de precisie vanwege het relatieve gemak van het produceren van gelijkwaardige aangepaste weerstanden (of stroombronnen).
R-2R Ladder digitaal naar analoog converter (DAC)
De bovenstaande afbeelding toont de 4-bit R-2R ladder DAC. Om een hoge nauwkeurigheid te bereiken, hebben we de weerstandswaarden R en 2R gekozen. Laat de binaire waarde B3 B2 B1 B0, als b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, dan wordt het circuit getoond in de onderstaande afbeelding, het is een vereenvoudigde vorm van het bovenstaande DAC-circuit. De uitgangsspanning is V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
Evenzo, als b2 = 1 en b3 = b1 = b0 = 0, dan is de uitgangsspanning V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 en is het circuit vereenvoudigd zoals hieronder
Als b1 = 1 en b2 = b3 = b0 = 0, dan is het circuit dat in de onderstaande afbeelding wordt weergegeven, een vereenvoudigde vorm van het bovenstaande DAC-circuit. De uitgangsspanning is V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Ten slotte wordt het circuit hieronder weergegeven dat overeenkomt met het geval waarin b0 = 1 en b2 = b3 = b1 = 0. De uitgangsspanning is V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
Op deze manier kunnen we ontdekken dat wanneer de invoergegevens b3b2b1b0 zijn (waarbij individuele bits 0 of 1 zijn), de uitgangsspanning
Toepassingen van digitaal naar analoog converter
DAC's worden gebruikt in veel digitale signaalverwerkingstoepassingen en nog veel meer toepassingen. Enkele van de belangrijke toepassingen worden hieronder besproken.
Geluidsversterker
DAC's worden gebruikt om DC-spanningsversterking te produceren met Microcontroller-opdrachten. Vaak wordt de DAC opgenomen in een volledige audiocodec die functies voor signaalverwerking bevat.
Video-encoder
Het video-encodersysteem verwerkt een videosignaal en stuurt digitale signalen naar een verscheidenheid aan DAC's om analoge videosignalen van verschillende formaten te produceren, samen met het optimaliseren van uitvoerniveaus. Net als bij audiocodecs, hebben deze IC's mogelijk geïntegreerde DAC's.
Display elektronica
De grafische controller gebruikt doorgaans een opzoektabel om datasignalen te genereren die naar een video-DAC worden gestuurd voor analoge uitgangen, zoals rode, groene, blauwe (RGB) signalen om een beeldscherm aan te sturen.
Data-acquisitiesystemen
De te meten gegevens worden gedigitaliseerd door een analoog-naar-digitaal-omzetter (ADC) en vervolgens naar een processor gestuurd. De data-acquisitie omvat ook een procesbesturingseinde, waarbij de processor feedbackdata naar een DAC stuurt voor omzetting naar analoge signalen.
Kalibratie
De DAC biedt dynamische kalibratie voor versterking en spanningsoffset voor nauwkeurigheid in test- en meetsystemen.
Motorbesturing
Veel motorbesturingen vereisen spanningsregelsignalen , en een DAC is ideaal voor deze toepassing die kan worden aangestuurd door een processor of controller.
Motorbesturingstoepassing
Datadistributiesysteem
Veel industriële en fabriekslijnen hebben meerdere programmeerbare spanningsbronnen nodig, en deze kunnen worden gegenereerd door een reeks DAC's die zijn gemultiplexed. Het gebruik van een DAC maakt de dynamische spanningsverandering tijdens de werking van een systeem mogelijk.
Digitale Potentiometer
Bijna alle digitale potentiometers zijn gebaseerd op de string-DAC-architectuur. Met enige reorganisatie van de weerstand / schakelaararray en de toevoeging van een I2C-compatibele interface kan een volledig digitale potentiometer worden geïmplementeerd.
Radiosoftware
Een DAC wordt gebruikt met een digitale signaalprocessor (DSP) om een signaal om te zetten in analoog voor transmissie in het mengcircuit en vervolgens naar de radio's eindversterker en zender.
Zo bespreekt dit artikel digitaal-analoogomzetter en zijn toepassingen. We hopen dat u dit concept beter begrijpt. Bovendien, alle vragen met betrekking tot dit concept of om elektrische en elektronische projecten te implementeren, geef uw waardevolle suggesties door in het commentaargedeelte hieronder te reageren. Hier is een vraag voor jou, Hoe kunnen we de slechte nauwkeurigheid in Binary Weighted Resistor DAC overwinnen?
