Hvorfor har vi brug for datakonvertere? I den virkelige verden er de fleste data tilgængelige i form af analog karakter. Vi har to typer omformere analog til digital konverter og digital til analog konverter. Mens de manipulerer dataene, er disse to konverteringsgrænseflader afgørende for digitalt elektronisk udstyr og en analog elektrisk enhed, som skal behandles af en processor for at producere den nødvendige drift.
Tag f.eks. Nedenstående DSP-illustration, en ADC konverterer de analoge data, der indsamles af lydinputudstyr såsom en mikrofon (sensor), til et digitalt signal, der kan behandles af en computer. Computeren kan tilføje lydeffekter. Nu behandler en DAC det digitale lydsignal tilbage til det analoge signal, der bruges af lydoutputudstyr såsom en højttaler.
Behandling af lydsignal
Digital til analog konverter (DAC)
Digital til analog konverter (DAC) er en enhed, der omdanner digitale data til et analogt signal. I henhold til Nyquist-Shannon-prøvetagningssætningen kan alle samplede data rekonstrueres perfekt med båndbredde og Nyquist-kriterier.
En DAC kan rekonstruere samplede data til et analogt signal med præcision. De digitale data kan produceres fra en mikroprocessor, Application Specific Integrated Circuit (ASIC) eller Feltprogrammerbar portarray (FPGA) , men i sidste ende kræver dataene konvertering til et analogt signal for at interagere med den virkelige verden.
Grundlæggende digital til analog konverter
D / A konverterarkitekturer
Der er to metoder, der almindeligvis anvendes til digital til analog konvertering: Metoden med vægtede modstande, og den anden bruger R-2R-stigenetværksmetoden.
DAC ved hjælp af metoden med vægtede modstande
Det nedenstående viste skematiske diagram er DAC ved hjælp af vægtede modstande. Den grundlæggende funktion af DAC er evnen til at tilføje input, der i sidste ende svarer til bidragene fra de forskellige bits i den digitale input. I spændingsdomænet, dvs. hvis indgangssignalerne er spændinger, kan tilføjelsen af de binære bits opnås ved hjælp af den inverterende summerende forstærker vist i nedenstående figur.
Binære vægtede modstande DAC
I spændingsdomænet, dvs. hvis indgangssignalerne er spændinger, kan tilføjelsen af de binære bits opnås ved hjælp af den inverterende summeringsforstærker, der er vist i ovenstående figur.
Inputmodstandene til op-amp har deres modstandsværdier vægtet i et binært format. Når den modtagende binære 1 forbinder kontakten modstanden til referencespændingen. Når det logiske kredsløb modtager binært 0, forbinder kontakten modstanden til jorden. Alle de digitale inputbits anvendes samtidigt på DAC.
DAC genererer analog udgangsspænding svarende til det givne digitale datasignal. For DAC er den givne digitale spænding b3 b2 b1 b0 hvor hver bit er en binær værdi (0 eller 1). Udgangsspændingen produceret på udgangssiden er
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Da antallet af bits stiger i den digitale indgangsspænding, bliver rækkevidden af modstandsværdierne stor, og følgelig bliver nøjagtigheden dårlig.
R-2R Ladder Digital til Analog Converter (DAC)
R-2R-stigen DAC konstrueret som en binærvægtet DAC, der bruger en gentagen kaskadestruktur af modstandsværdierne R og 2R. Dette forbedrer præcisionen på grund af den relative lethed ved at producere modstande med samme værdi (eller nuværende kilder).
R-2R Ladder Digital til Analog Converter (DAC)
Ovenstående figur viser 4-bit R-2R stigen DAC. For at opnå nøjagtighed på højt niveau har vi valgt modstandsværdierne som R og 2R. Lad den binære værdi B3 B2 B1 B0, hvis b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, så vises kredsløbet i nedenstående figur, det er en forenklet form af ovenstående DAC-kredsløb. Udgangsspændingen er V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
Tilsvarende, hvis b2 = 1 og b3 = b1 = b0 = 0, så er udgangsspændingen V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4, og kredsløbet forenkles som nedenfor
Hvis b1 = 1 og b2 = b3 = b0 = 0, er kredsløbet vist i nedenstående figur en forenklet form af ovenstående DAC-kredsløb. Udgangsspændingen er V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Endelig er kredsløbet vist nedenfor svarende til det tilfælde, hvor b0 = 1 og b2 = b3 = b1 = 0. Udgangsspændingen er V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
På denne måde kan vi finde ud af, at når inputdataene er b3b2b1b0 (hvor individuelle bits enten er 0 eller 1), så er udgangsspændingen
Anvendelser af digital til analog konverter
DAC'er bruges i mange applikationer til digital signalbehandling og mange flere applikationer. Nogle af de vigtige applikationer diskuteres nedenfor.
Audioforstærker
DAC'er bruges til at producere DC-spændingsforstærkning med Microcontroller-kommandoer. Ofte vil DAC blive inkorporeret i en hel lydkodek, der inkluderer signalbehandlingsfunktioner.
Video Encoder
Videokodersystemet behandler et videosignal og sender digitale signaler til en række DAC'er for at producere analoge videosignaler i forskellige formater sammen med optimering af outputniveauer. Som med lydkodecs kan disse IC'er have integrerede DAC'er.
Skærmelektronik
Den grafiske controller bruger typisk en opslagstabel til at generere datasignaler sendt til en video-DAC for analoge udgange såsom røde, grønne, blå (RGB) signaler til at drive et display.
Dataopsamlingssystemer
Data, der skal måles, digitaliseres af en Analog-til-Digital-konverter (ADC) og sendes derefter til en processor. Dataopsamlingen vil også omfatte en proceskontrolende, hvor processoren sender feedbackdata til en DAC til konvertering til analoge signaler.
Kalibrering
DAC leverer dynamisk kalibrering af forstærkning og spændingsforskydning for nøjagtighed i test- og målesystemer.
Motorstyring
Mange motorstyringer kræver spændingskontrolsignaler , og en DAC er ideel til denne applikation, som kan drives af en processor eller controller.
Motorstyringsapplikation
Datadistributionssystem
Mange industri- og fabrikslinjer kræver flere programmerbare spændingskilder, og dette kan genereres af en gruppe af DAC'er, der er multipleksede. Brug af en DAC tillader dynamisk ændring af spændinger under drift af et system.
Digitalt potentiometer
Næsten alle digitale potentiometre er baseret på streng DAC-arkitektur. Med en vis omorganisering af modstand / switch array og tilføjelse af en I2C-kompatibel grænseflade , kan et fuldt digitalt potentiometer implementeres.
Radio software
En DAC bruges sammen med en Digital Signal Processor (DSP) til at konvertere et signal til analog til transmission i mixerkredsløbet og derefter til radioens effektforstærker og sender.
Denne artikel diskuterer således digital til analog konverter og dets applikationer. Vi håber, at du har fået en bedre forståelse af dette koncept. Yderligere, hvis du har spørgsmål vedrørende dette koncept eller til implementering af elektriske og elektroniske projekter, bedes du give dine værdifulde forslag ved at kommentere i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørgsmål til dig, Hvordan kan vi overvinde den dårlige nøjagtighed i binær vægtet modstand DAC?
