Proč potřebujeme převaděče dat? V reálném světě je většina dat k dispozici ve formě analogové. Máme dva typy převodníků analogově-digitální převodník a digitálně-analogový převodník. Při manipulaci s daty jsou tato dvě převáděcí rozhraní nezbytná pro digitální elektronická zařízení a analogové elektrické zařízení, která mají být zpracována procesorem za účelem dosažení požadované činnosti.
Vezměme si například níže uvedený obrázek DSP, převodník ADC převádí analogová data shromážděná zvukovým vstupním zařízením, jako je mikrofon (snímač), na digitální signál, který lze zpracovat počítačem. Počítač může přidat zvukové efekty. Nyní DAC zpracuje digitální zvukový signál zpět na analogový signál, který je používán výstupním zvukovým zařízením, jako je reproduktor.
Zpracování zvukového signálu
Digitálně analogový převodník (DAC)
Digitálně analogový převodník (DAC) je zařízení, které transformuje digitální data na analogový signál. Podle Nyquist-Shannonovy věty o vzorkování lze libovolná vzorkovaná data dokonale rekonstruovat pomocí šířky pásma a Nyquistových kritérií.
DAC může přesně rekonstruovat vzorkovaná data na analogový signál. Digitální data mohou být vyrobena z mikroprocesoru, aplikačně specifického integrovaného obvodu (ASIC) nebo Field Programmable Gate Array (FPGA) , ale nakonec data vyžadují převod na analogový signál, aby mohla interagovat se skutečným světem.
Základní digitální na analogový převodník
Architektury D / A převaděčů
Pro digitální a analogovou konverzi se běžně používají dvě metody: metoda vážených rezistorů a druhá metoda používá metodu žebříkové sítě R-2R.
DAC pomocí metody vážených rezistorů
Níže uvedený schematický diagram je DAC s použitím vážených rezistorů. Základní funkcí DAC je schopnost přidávat vstupy, které budou v konečném důsledku odpovídat příspěvkům různých bitů digitálního vstupu. V napěťové doméně, tj. Pokud jsou vstupními signály napětí, lze přidání binárních bitů dosáhnout pomocí invertování sčítací zesilovač zobrazené na následujícím obrázku.
Binární vážené rezistory DAC
V napěťové doméně, tj. Pokud jsou vstupními signály napětí, lze přidání binárních bitů dosáhnout pomocí invertujícího sčítacího zesilovače zobrazeného na obrázku výše.
Vstupní odpory operační zesilovač mají jejich hodnoty odporu vážené v binárním formátu. Když přijímací binární 1 spínač připojí odpor k referenčnímu napětí. Když logický obvod přijme binární 0, spínač připojí odpor k zemi. Všechny digitální vstupní bity jsou současně použity na DAC.
DAC generuje analogové výstupní napětí odpovídající danému číslicovému datovému signálu. Pro DAC je dané digitální napětí b3 b2 b1 b0, kde každý bit je binární hodnota (0 nebo 1). Výstupní napětí produkované na výstupní straně je
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Jak se počet bitů zvyšuje na digitálním vstupním napětí, rozsah hodnot rezistoru se zvětšuje a podle toho se zhoršuje přesnost.
R-2R Ladder Digital to Analog Converter (DAC)
R-2R žebříkový DAC konstruovaný jako binárně vážený DAC, který používá opakující se kaskádovou strukturu hodnot rezistoru R a 2R. To zlepšuje přesnost kvůli relativní snadnosti výroby rezistorů se stejnou hodnotou (nebo zdrojů proudu).
R-2R Ladder Digital to Analog Converter (DAC)
Výše uvedený obrázek ukazuje 4bitový žebřík DAC R-2R. Abychom dosáhli přesnosti na vysoké úrovni, zvolili jsme hodnoty odporu jako R a 2R. Nechť binární hodnota B3 B2 B1 B0, pokud b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, pak je obvod zobrazen na obrázku níže, jedná se o zjednodušenou formu výše uvedeného obvodu DAC. Výstupní napětí je V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
Podobně, pokud b2 = 1 a b3 = b1 = b0 = 0, pak je výstupní napětí V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 a obvod je zjednodušen, jak je uvedeno níže
Pokud b1 = 1 a b2 = b3 = b0 = 0, pak je obvod zobrazený na obrázku níže zjednodušenou formou výše uvedeného obvodu DAC. Výstupní napětí je V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Nakonec je obvod zobrazen níže, což odpovídá případu, kdy b0 = 1 a b2 = b3 = b1 = 0. Výstupní napětí je V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
Tímto způsobem můžeme zjistit, že když jsou vstupní data b3b2b1b0 (kde jednotlivé bity jsou buď 0 nebo 1), pak je výstupní napětí
Aplikace digitálně-analogového převaděče
DAC se používají v mnoha aplikacích pro zpracování digitálního signálu a v mnoha dalších aplikacích. Níže jsou popsány některé důležité aplikace.
Zesilovač zvuku
DAC se používají k výrobě stejnosměrného napětí pomocí příkazů mikrokontroléru. DAC bude často začleněn do celého zvukového kodeku, který zahrnuje funkce zpracování signálu.
Kodér videa
Systém kódování videa bude zpracovávat video signál a posílat digitální signály do různých DAC, aby vytvořil analogové video signály různých formátů, spolu s optimalizací výstupních úrovní. Stejně jako u zvukových kodeků mohou mít tyto integrované obvody integrované převodníky DAC.
Elektronika displeje
Grafický řadič obvykle používá vyhledávací tabulku ke generování datových signálů odeslaných do video DAC pro analogové výstupy, jako jsou červené, zelené, modré (RGB) signály k řízení displeje.
Systémy sběru dat
Data, která mají být měřena, jsou digitalizována analogově-digitálním převaděčem (ADC) a poté odeslána do procesoru. Sběr dat bude také zahrnovat konec řízení procesu, ve kterém procesor odesílá data zpětné vazby do DAC pro převod na analogové signály.
Kalibrace
DAC poskytuje dynamickou kalibraci pro zisk a offset napětí pro přesnost v testovacích a měřicích systémech.
Ovládání motoru
Mnoho ovládacích prvků motoru vyžaduje řídicí signály napětí a pro tuto aplikaci je ideální DAC, který může být poháněn procesorem nebo řadičem.
Aplikace ovládání motoru
Systém distribuce dat
Mnoho průmyslových a továrních linek vyžaduje více programovatelných zdrojů napětí a toto může být generováno bankou DAC, které jsou multiplexovány. Použití DAC umožňuje dynamickou změnu napětí během provozu systému.
Digitální potenciometr
Téměř všechny digitální potenciometry jsou založeny na řetězcové DAC architektuře. S určitou reorganizací pole rezistorů / spínačů a přidáním rozhraní kompatibilní s I2C lze implementovat plně digitální potenciometr.
Rádiový software
DAC se používá s procesorem digitálního signálu (DSP) k převodu signálu na analogový pro přenos v obvodu směšovače a poté na rádiový zesilovač a vysílač.
Tento článek tedy pojednává digitální na analogový převodník a jeho aplikace. Doufáme, že jste tomuto konceptu lépe porozuměli. Kromě toho ohledně jakýchkoli dotazů týkajících se tohoto konceptu nebo implementace elektrických a elektronických projektů uveďte své cenné návrhy komentářem v sekci komentářů níže. Zde je otázka pro vás, Jak můžeme překonat špatnou přesnost v binárním váženém rezistoru DAC?
