NAAR digitaal-analoogomzetter Dacian D / A D2A , of D-naar-A ) is een circuit dat is ontworpen om een digitaal ingangssignaal om te zetten in een analoog uitgangssignaal. De analoog-naar-digitaal-omzetter (ADC) werkt andersom en zet een analoog ingangssignaal om in een digitale uitgang.
In dit artikel bespreken we uitgebreid hoe digitaal naar analoog en analoog naar digitaal convertercircuits werken, met behulp van diagrammen en formules.
In de elektronica kunnen we spanningen en stromen vinden die continu variëren met verschillende bereiken en groottes.
In digitale circuits heeft het spanningssignaal twee vormen, hetzij als logisch hoog of logisch laag logisch niveau, die binaire waarden van 1 of 0 vertegenwoordigen.
In een analoog-naar-digitaalomzetters (ADC) wordt het analoge ingangssignaal weergegeven als een digitale magnitude, terwijl een digitaal-analoogomzetter (DAC) de digitale magnitude weer omzet in een analoog signaal.
Hoe digitaal-naar-analoog converters werken
Het conversieproces van digitaal naar analoog kan via veel verschillende technieken worden uitgevoerd.
Een bekende methode maakt gebruik van een netwerk van weerstanden, bekend als laddernetwerk.
Een laddernetwerk is ontworpen om ingangen te accepteren met binaire waarden, typisch op 0 V of Vref, en levert een uitgangsspanning die gelijk is aan de grootte van de binaire ingang.
De onderstaande afbeelding toont een laddernetwerk met 4 ingangsspanningen, die 4 bits digitale gegevens en een gelijkspanningsuitgang vertegenwoordigen.
De uitgangsspanning is evenredig met de digitale ingangswaarde zoals uitgedrukt door de vergelijking:
Als we het bovenstaande voorbeeld oplossen, krijgen we de volgende uitgangsspanning:
Zoals we zien, een digitale ingang van 0110tweewordt omgezet naar een analoge uitgang van 6 V.
Het doel van het laddernetwerk is om de 16 potentiële binaire magnitudes te veranderen
via 0000 tot 1111 in een van de 16 spanningsgrootheden met intervallen van V.ref/ 16.
Daarom is het wellicht mogelijk om meer binaire ingangen te verwerken door een groter aantal laddereenheden op te nemen en om voor elke stap een hogere kwantisering te bereiken.
Dit betekent dat als we een 10-traps laddernetwerk gebruiken, het gebruik mogelijk maakt om de spanningsstaphoeveelheid of de resolutie te verhogen tot V.ref/twee10of Vref/ 1024. Als we in dit geval een referentiespanning V hebben gebruiktref= 10 V zou een uitgangsspanning genereren in stappen van 10 V / 1024, of rond de 10 mV.
Het toevoegen van meer laddertrappen geeft ons dus een proportioneel hogere resolutie.
Typisch voor n aantal laddertreden, dit kan worden weergegeven met de volgende formule:
Vref/ tween
DAC-blokschema
De onderstaande afbeelding toont het blokschema van een standaard DAC met behulp van een laddernetwerk, waarnaar wordt verwezen als een R-2R-ladder. Dit is te zien vergrendeld tussen de referentiestroombron en stroomschakelaars.
De stroomschakelaars zijn verbonden met de binaire schakelaars en produceren een uitgangsstroom die evenredig is met de binaire ingangswaarde.
De binaire ingangen schakelen de respectieve benen van de ladder, waardoor een uitgangsstroom mogelijk is die een gewogen som is van de huidige referentie.
Indien nodig kunnen weerstanden worden aangesloten op de uitgangen om het resultaat als analoge uitgang te interpreteren.
Hoe analoog-naar-digitaal converters werken
Tot dusver hebben we besproken hoe we digitale naar analoge signalen kunnen converteren, laten we nu leren hoe we het tegenovergestelde kunnen doen, namelijk een analoog signaal omzetten in een digitaal signaal. Dit kan worden geïmplementeerd via een bekende methode genaamd de dubbele helling methode
De volgende afbeelding toont het blokschema voor de standaard ADC-omzetter met dubbele helling.
Hier wordt een elektronische schakelaar gebruikt om het gewenste analoge ingangssignaal over te brengen naar een integrator, ook wel een rampgenerator genoemd. Deze hellinggenerator kan de vorm hebben van een condensator die is geladen met een constante stroom voor het genereren van de lineaire helling. Dit levert de vereiste digitale conversie op via een tellerstand die werkt voor zowel positieve als negatieve hellingsintervallen van de integrator.
De methode kan worden begrepen met de volgende beschrijving:
Het volledige meetbereik van de teller bepaalt het vaste tijdsinterval. Voor dit interval zorgt de analoge ingangsspanning die wordt aangelegd aan de integrator ervoor dat de ingangsspanning van de comparator stijgt tot een bepaald positief niveau.
Verwijzend naar de (b) sectie van het bovenstaande diagram, laat zien dat de spanning van de integrator aan het einde van het vaste tijdsinterval hoger is dan de ingangsspanning die groter is.
Wanneer het vaste tijdsinterval is afgelopen, wordt de telling ingesteld op 0, wat de elektronische schakelaar ertoe aanzet de integrator aan te sluiten op een vast referentie-ingangsspanningsniveau. Hierna begint de uitgang van de integrator, die tevens de ingang van de condensator is, met een constante snelheid te dalen.
Gedurende deze periode blijft de teller vooruitgaan, terwijl de output van de integrator met een constante snelheid blijft dalen, totdat deze onder de referentiespanning van de comparator komt. Hierdoor verandert de uitgang van de comparator van status en wordt de logische besturingsfase geactiveerd om het tellen te stoppen.
De opgeslagen digitale magnitude in de teller wordt de digitale uitgang van de omzetter.
Het gebruik van een gemeenschappelijke klok- en integratortrap tijdens zowel de positieve als de negatieve hellingsintervallen voegt een soort compensatie toe voor het regelen van het verloop van de klokfrequentie en de nauwkeurigheidslimiet van de integrator.
Het kan mogelijk zijn om de telleruitgang te schalen volgens de voorkeur van de gebruiker door de referentie-ingangswaarde en de kloksnelheid op een geschikte manier in te stellen. We kunnen de teller als binair, BCD of in een ander digitaal formaat hebben, indien nodig.
Laddernetwerk gebruiken
De laddernetwerkmethode met behulp van teller- en comparatortrappen is een andere ideale manier om analoog-naar-digitaal conversie te implementeren. Bij deze methode begint een teller te tellen vanaf nul, die een laddernetwerk aandrijft en een getrapte oplopende spanning genereert die lijkt op een trap (zie onderstaande afbeelding).
Door het proces kan de spanning met elke telstap toenemen.
Een comparator bewaakt deze oplopende trapspanning en vergelijkt deze met de analoge ingangsspanning. Zodra de comparator merkt dat de trapspanning boven de analoge ingang komt, vraagt de uitgang om het tellen te stoppen.
De tellerwaarde op dit punt wordt het digitale equivalent van het analoge signaal.
Het niveau van verandering in de spanning die wordt gegenereerd door de stappen van het trappenhuis-signaal wordt bepaald door het aantal gebruikte telbits.
Een 12-traps teller die 10 V-referentie gebruikt, zal bijvoorbeeld een 10-traps laddernetwerk bedienen met stapspanningen van:
Vref/twee12= 10 V / 4096 = 2,4 mV
Dit zorgt voor een conversieresolutie van 2,4 mV. De tijd die nodig is voor het uitvoeren van de conversie wordt bepaald door de kloksnelheid van de teller.
Als de kloksnelheid van 1 MHz wordt gebruikt voor het bedienen van een 12-traps teller, is de maximale tijd die nodig is voor de conversie:
4096 x 1 μs = 4096 μs ≈ 4,1 ms
Het minste aantal conversies dat mogelijk per seconde mogelijk is, is te vinden als:
Nee. van conversies = 1 / 4,1 ms ≈ 244 conversies / seconde
Factoren die het conversieproces beïnvloeden
Gezien het feit dat sommige conversies mogelijk meer vereisen en andere een kortere teltijd, kan een conversietijd = 4,1 ms / 2 = 2,05 ms een goede waarde zijn.
Dit levert gemiddeld 2 x 244 = 488 aantal conversies op.
Een lagere kloksnelheid betekent minder conversies per seconde.
Een converter die werkt met een lager aantal telfasen (lage resolutie) zou een hogere conversiesnelheid hebben.
De precisie van de omvormer wordt bepaald door de nauwkeurigheid van de compartaor.
Een paar: Hoe ferrietkerntransformatoren te berekenen Volgende: Ultrasoon brandstofniveau-indicatorcircuit
