Miksi tarvitsemme datamuuntimia? Todellisessa maailmassa suurin osa tiedoista on saatavana analogisena. Meillä on kahdenlaisia muuntimia analogia-digitaalimuunnin ja digitaalinen-analoginen muunnin. Dataa manipuloitaessa nämä kaksi muunnosrajapintaa ovat välttämättömiä digitaalisille elektronisille laitteille ja analogiselle sähkölaitteelle, jotka prosessorin on käsiteltävä vaaditun toiminnan aikaansaamiseksi.
Otetaan esimerkiksi alla oleva DSP-kuva: ADC muuntaa audiotulolaitteiden, kuten mikrofonin (anturin) keräämät analogiset tiedot digitaaliseksi signaaliksi, jota tietokone voi käsitellä. Tietokone saattaa lisätä äänitehosteita. Nyt DAC käsittelee digitaalisen äänisignaalin takaisin analogiseksi signaaliksi, jota audiolähtölaitteet, kuten kaiutin, käyttävät.
Äänisignaalin käsittely
Digitaalinen-analoginen muunnin (DAC)
Digital to Analog Converter (DAC) on laite, joka muuntaa digitaalisen datan analogiseksi signaaliksi. Nyquist-Shannon-otantalauseen mukaan kaikki näytteistetyt tiedot voidaan rekonstruoida täydellisesti kaistanleveyden ja Nyquist-kriteerien avulla.
DAC voi rekonstruoida näytteistetyt tiedot tarkasti analogiseksi signaaliksi. Digitaalinen data voidaan tuottaa mikroprosessorista, sovelluskohtaisesta integroidusta piiristä (ASIC) tai Kentän ohjelmoitava porttiryhmä (FPGA) , mutta viime kädessä data vaatii muuntamisen analogiseksi signaaliksi vuorovaikutuksessa todellisen maailman kanssa.
Basic Digital to Analog Converter
D / A-muunninarkkitehtuurit
Digitaalisesta analogiseen muuntamiseen käytetään yleisesti kahta menetelmää: Painotettujen vastusten menetelmä ja toinen käyttää R-2R-tikkaat -verkkomenetelmää.
DAC käyttäen painotettujen vastusten menetelmää
Alla esitetty kaaviokuva on DAC käyttäen painotettuja vastuksia. DAC: n perustoiminto on kyky lisätä tuloja, jotka lopulta vastaavat digitaalisen tulon eri bittien panoksia. Jännitealueella, ts. Jos tulosignaalit ovat jännitteitä, binääribittien lisääminen voidaan saavuttaa kääntämällä summaava vahvistin näkyy alla olevassa kuvassa.
Binaariset painotetut vastukset DAC
Jännitealueella, ts. Jos tulosignaalit ovat jännitteitä, binääribittien lisäys voidaan saavuttaa käyttämällä yllä olevassa kuvassa esitettyä käänteistä summausvahvistinta.
Tulon vastukset op-amp niiden vastusarvot painotetaan binaarimuodossa. Vastaanottavan binäärin 1 yhteydessä kytkin kytkee vastuksen vertailujännitteeseen. Kun logiikkapiiri vastaanottaa binäärisen 0, kytkin kytkee vastuksen maahan. Kaikki digitaaliset tulobitit syötetään samanaikaisesti DAC: iin.
DAC generoi analogista lähtöjännitettä, joka vastaa annettua digitaalista datasignaalia. DAC: lle annettu digitaalinen jännite on b3 b2 b1 b0, jossa kukin bitti on binäärinen arvo (0 tai 1). Lähtöpuolella tuotettu lähtöjännite on
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Kun bittien määrä kasvaa digitaalisessa tulojännitteessä, vastuksen arvojen alue tulee suureksi ja vastaavasti tarkkuus heikkenee.
R-2R tikkaat digitaalinen-analoginen muunnin (DAC)
R-2R tikkaat DAC on rakennettu binääripainotteisena DAC: ksi, joka käyttää toistuvien kaskadoitua vastusarvojen R ja 2R rakennetta. Tämä parantaa tarkkuutta johtuen suhteellisen helposta tuottaa samanarvoisia vastaavia vastuksia (tai virtalähteitä).
R-2R tikkaat digitaalinen-analoginen muunnin (DAC)
Yllä olevassa kuvassa on 4-bittinen R-2R tikkaat DAC. Korkean tason tarkkuuden saavuttamiseksi olemme valinneet vastusarvoiksi R ja 2R. Olkoon binääriarvo B3 B2 B1 B0, jos b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, niin piiri on esitetty alla olevassa kuvassa, se on yksinkertaistettu muoto yllä olevasta DAC-piiristä. Lähtöjännite on V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
Vastaavasti, jos b2 = 1 ja b3 = b1 = b0 = 0, niin lähtöjännite on V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 ja piiri on yksinkertaistettu alla
Jos b1 = 1 ja b2 = b3 = b0 = 0, niin alla olevassa kuvassa esitetty piiri on yksinkertaistettu muoto yllä olevasta DAC-piiristä. Lähtöjännite on V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Lopuksi piiri on esitetty alla, joka vastaa tapausta, jossa b0 = 1 ja b2 = b3 = b1 = 0. Lähtöjännite on V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
Tällä tavalla voimme havaita, että kun tulodata on b3b2b1b0 (jossa yksittäiset bitit ovat joko 0 tai 1), lähtöjännite on
Digital to Analog Converter -sovelluksen sovellukset
DAC: ita käytetään monissa digitaalisissa signaalinkäsittelysovelluksissa ja monissa muissa sovelluksissa. Joitakin tärkeitä sovelluksia käsitellään jäljempänä.
Äänenvahvistin
DAC: ita käytetään DC-jännitteen vahvistuksen tuottamiseen mikrokontrollerikomennoilla. Usein DAC liitetään kokonaiseksi äänikoodekiksi, joka sisältää signaalinkäsittelyominaisuudet.
Videokooderi
Videokooderijärjestelmä käsittelee videosignaalin ja lähettää digitaalisia signaaleja useille DAC: ille tuottamaan analogisia videosignaaleja eri muodoissa sekä optimoimaan lähtötasot. Kuten äänikoodekkeissa, näissä IC: issä voi olla integroituja DAC: ita.
Näyttöelektroniikka
Graafinen ohjain käyttää tyypillisesti hakutaulukkoa generoimaan videosignaalille lähetettyjä datasignaaleja analogialähtöille, kuten punainen, vihreä, sininen (RGB) signaaleille näytön ajamiseksi.
Tiedonkeruujärjestelmät
Mitattava data digitalisoidaan analogisesta digitaaliseen muuntimella (ADC) ja lähetetään sitten prosessorille. Tiedonkeruu sisältää myös prosessinohjauspään, jossa prosessori lähettää palautetietoja DAC: lle muunnettavaksi analogisiksi signaaleiksi.
Kalibrointi
DAC tarjoaa dynaamisen kalibroinnin vahvistukselle ja jännitteen siirtymälle tarkkuuden testaus- ja mittausjärjestelmissä.
Moottorin ohjaus
Monet moottorin ohjaimet vaativat jännitteen ohjaussignaalit , ja DAC on ihanteellinen tälle sovellukselle, jota voi ohjata prosessori tai ohjain.
Moottorin ohjaussovellus
Tiedonjakelujärjestelmä
Monet teollisuus- ja tehdaslinjat vaativat useita ohjelmoitavia jännitelähteitä, ja tämän voi tuottaa multipleksoitujen DAC-pankkien pankki. DAC: n käyttö mahdollistaa jännitteiden dynaamisen muutoksen järjestelmän käytön aikana.
Digitaalinen potentiometri
Lähes kaikki digitaaliset potentiometrit perustuvat merkkijonon DAC-arkkitehtuuriin. Jossakin vastuksen / kytkinryhmän uudelleenjärjestelyssä ja lisäämällä I2C-yhteensopiva käyttöliittymä , voidaan käyttää täysin digitaalista potentiometriä.
Radio-ohjelmisto
DAC: ta käytetään digitaalisen signaaliprosessorin (DSP) kanssa signaalin muuntamiseksi analogiseksi lähetettäväksi sekoituspiirissä ja sitten radion vahvistin ja lähetin.
Siten tässä artikkelissa käsitellään digitaalinen-analoginen muunnin ja sen sovellukset. Toivomme, että olet saanut paremman käsityksen tästä käsitteestä. Lisäksi, jos sinulla on kysyttävää tästä konseptista tai sähköisten ja elektronisten projektien toteuttamisesta, anna arvokkaat ehdotuksesi kommentoimalla alla olevassa kommenttiosassa. Tässä on kysymys sinulle, Kuinka voimme voittaa binäärisen painotetun vastuksen DAC: n heikon tarkkuuden?
