Digital-to-Analog (DAC), Analog-to-Digital (ADC) -muuntimet selitetty

Kokeile Instrumenttia Ongelmien Poistamiseksi





TO digitaalinen-analoginen muunnin ( Dacian , D / A , D2A tai D-to-A ) on piiri, joka on suunniteltu muuntamaan digitaalinen tulosignaali analogiseksi lähtösignaaliksi. Analogia-digitaalimuunnin (ADC) toimii päinvastoin ja muuntaa analogisen tulosignaalin digitaaliseksi ulostuloksi.

Tässä artikkelissa keskustellaan kattavasti siitä, miten digitaaliset analogiset ja analogiset digitaalimuunninpiirit toimivat kaavioiden ja kaavojen avulla.



Elektroniikasta voimme löytää jännitteitä ja virtoja, jotka vaihtelevat jatkuvasti eri alueilla ja suuruuksilla.

Digitaalisissa piireissä jännitesignaali on kahdessa muodossa joko logiikan korkeana tai matalana logiikkatasona, jotka edustavat binääriarvoja 1 tai 0.



Analogisesta digitaalimuuntimeen (ADC) analoginen tulosignaali esitetään digitaalisena suuruutena, kun taas digitaalinen-analoginen muunnin (DAC) muuntaa digitaalisen suuruuden takaisin analogiseksi signaaliksi.

Kuinka digitaalinen-analoginen muunnin toimii

Digitaalinen-analoginen muunnosprosessi voidaan suorittaa monilla eri tekniikoilla.

Yksi tunnettu menetelmä käyttää vastusverkkoa, joka tunnetaan nimellä tikkaat.

Tikapuuverkko on suunniteltu hyväksymään sisääntuloja, jotka sisältävät binääriarvoja tyypillisesti 0 V: lla tai Vref: llä, ja tuottaa lähtöjännitteen, joka vastaa binääritulon suuruutta.

Alla oleva kuva osoittaa tikapuuverkon, jossa käytetään 4 tulojännitettä, jotka edustavat 4 bittiä digitaalista dataa ja DC-jännitelähtöä.

Lähtöjännite on verrannollinen yhtälön ilmaisemaan digitaalisen tulon arvoon:

DAC-tikapuuverkko

Ratkaisemalla yllä olevan esimerkin saadaan seuraava lähtöjännite:

Kuten näemme, 0110: n digitaalinen tulokaksimuunnetaan 6 V: n analogiseksi lähdöksi

Tikapuuverkon tarkoituksena on muuttaa 16 potentiaalista binäärimuuttujaa
välillä 0000 - 1111 johonkin 16 jännitemäärästä V: n väleinviite/ 16.

Siksi voi olla mahdollista käsitellä enemmän binäärituloja sisällyttämällä enemmän tikapuuyksiköiden lukumäärää, ja saavuttaa suurempi kvantisointi kullekin vaiheelle.

Tarkoitetaan, jos käytämme 10-vaiheista tikapuuverkkoa, se sallii käytön jännitteen askelmäärän tai resoluution nostamiseksi V: ksiviite/kaksi10tai Vviite/ 1024. Tässä tapauksessa, jos käytämme referenssijännitettä Vviite= 10 V tuottaisi lähtöjännitteen vaiheissa 10 V / 1024 tai noin 10 mV.

Täten lisäämällä tikkaiden portaiden määrää saadaan suhteellisesti suurempi resoluutio.

Tyypillisesti n tikkaiden portaiden lukumäärä, tämä voidaan esittää seuraavan kaavan avulla:

Vviite/ kaksin

DAC-lohkokaavio

Alla olevassa kuvassa on tavallisen DAC: n lohkokaavio, joka käyttää tikapuuverkkoa, johon viitataan R-2R-tikkaina. Tämä voidaan nähdä lukittuna vertailuvirtalähteen ja virtakytkimien välillä.

Virtakytkimet on kytketty binäärikytkimiin, jolloin lähtövirta on verrannollinen tulon binääriarvoon.

Binaaritulot vaihtavat tikkaiden vastaavia jalkoja sallien lähtövirran, joka on nykyisen ohjearvon painotettu summa.

Tarvittaessa vastukset voidaan liittää lähtöihin tuloksen tulkitsemiseksi analogialähdönä.

DAC IC käyttämällä R-2R tikapuuverkkoa.

Kuinka analogia-digitaalimuuntimet toimivat

Toistaiseksi keskustelimme siitä, miten digitaalinen muunnetaan analogiseksi signaaliksi, nyt opitaan tekemään päinvastoin, eli muuntamaan analoginen signaali digitaaliseksi signaaliksi. Tämä voidaan toteuttaa tunnetulla menetelmällä, jota kutsutaan kaksirinteinen menetelmä .

Seuraava kuva esittää tavallisen kaksirintaisen ADC-muuntimen lohkokaavion.

Analogia-digitaalimuunnos kaksirinteisellä menetelmällä: (a) logiikkakaavio (b) aaltomuoto.

Tässä käytetään elektronista kytkintä halutun analogisen tulosignaalin siirtämiseksi integraattorille, jota kutsutaan myös ramppigeneraattoriksi. Tämä ramppigeneraattori voi olla kondensaattorin muodossa, joka on ladattu vakiovirralla lineaarisen rampin muodostamiseksi. Tämä tuottaa vaaditun digitaalimuunnoksen laskurivaiheen kautta, joka toimii sekä integraattorin positiivisten että negatiivisten kaltevuusvälien kanssa.

Menetelmä voidaan ymmärtää seuraavalla kuvauksella:

Laskurin koko mittausalue päättää kiinteän aikavälin. Tälle aikavälille integraattoriin syötetty analoginen tulojännite saa vertailijan tulojännitteen nousemaan positiiviselle tasolle.

Viitaten yllä olevan kaavion (b) osioon, osoittaa, että integraattorin jännite kiinteän aikavälin lopussa on suurempi kuin suurempana tulojännite.

Kun kiinteä aikaväli on päättynyt, laskenta asetetaan arvoon 0, mikä kehottaa elektronista kytkintä yhdistämään integraattorin kiinteään vertailutulojännitetasoon. Tämän jälkeen integraattorin lähtö, joka on myös kondensaattorin tulo, alkaa pudota vakionopeudella.

Tänä aikana laskuri etenee jatkuvasti, samalla kun integraattorin lähtö laskee edelleen vakionopeudella, kunnes se laskee vertailijan vertailujännitteen alapuolelle. Tämä saa vertailulähdön muuttamaan tilaa ja laukaisee ohjauslogiikan vaiheen lopettamaan laskennan.

Laskurin sisällä olevasta tallennetusta digitaalisesta suuruudesta tulee muuntimen digitaalinen lähtö.

Yhteisen kello- ja integraattorivaiheen käyttö sekä positiivisten että negatiivisten kaltevuusvälien aikana lisää jonkinlaista kompensointia kellotaajuuden ajautumisen ohjaamiseen ja integraattorin tarkkuusrajaa.

Voi olla mahdollista skaalata laskurilähtö käyttäjän mieltymysten mukaan asettamalla sopivasti viitesyötteen arvo ja kellotaajuus. Meillä voi olla laskuri binäärinä, BCD: nä tai muussa digitaalisessa muodossa, jos sitä vaaditaan.

Ladder Networkin käyttö

Tikapuuverkkomenetelmä, joka käyttää laskuri- ja vertailuvaiheita, on toinen ihanteellinen tapa toteuttaa analogia-digitaalimuunnos. Tässä menetelmässä laskuri alkaa laskea nollasta, joka ajaa tikapuuverkkoa ja muodostaa portaita muistuttavan porrastetun kasvavan jännitteen (katso alla oleva kuva).

Analogia-digitaalimuunnosprosessi tikkaat-verkkoa käyttäen: (a) logiikkakaavio (b) aaltomuodokaavio.

Prosessi antaa jännitteen kasvaa jokaisessa laskuvaiheessa.

Vertailija seuraa tätä kasvavaa portaikon jännitettä ja vertaa sitä analogiseen tulojännitteeseen. Heti kun vertailija havaitsee portaikon jännitteen menevän analogisen tulon yläpuolelle, sen lähtö kehottaa lopettamaan laskennan.

Laskurin arvosta tulee tässä vaiheessa analogisen signaalin digitaalinen vastine.

Portaikkasignaalin vaiheiden tuottaman jännitteen muutostaso määräytyy käytettyjen laskemisbittien määrän mukaan.

Esimerkiksi 12-portainen laskuri, jossa on 10 V: n referenssi, toimii 10-portaisten tikapuiden verkossa, jonka porrasjännitteet ovat:

Vviite/kaksi12= 10 V / 4096 = 2,4 mV

Tämä luo muuntotarkkuudeksi 2,4 mV. Muunnoksen suorittamiseen tarvittava aika määräytyy laskurin kellotaajuuden mukaan.

Jos 12-vaiheista laskuria käytetään 1 MHz: n kellotaajuudella, muunnokseen kuluva enimmäisaika olisi:

4096 x 1 μs = 4096 μs ≈ 4,1 ms

Pienin mahdollinen tulosmäärä sekunnissa on seuraava:

ei. konversioista = 1 / 4,1 ms ≈ 244 konversiota sekunnissa

Muunnosprosessiin vaikuttavat tekijät

Ottaen huomioon, että jotkut muunnokset saattavat vaatia suurempia ja toiset vaatia pienempää laskuaikaa, tyypillisesti muunnosaika = 4,1 ms / 2 = 2,05 ms voi olla hyvä arvo.

Tämä tuottaa keskimäärin 2 x 244 = 488 konversioita.

Hitaampi kellotaajuus merkitsisi vähemmän tuloksia sekunnissa.

Muuntimella, joka toimii pienemmällä määrällä laskentavaiheita (matala resoluutio), muunnosnopeus olisi suurempi.

Muuntimen tarkkuus määräytyy kompartaorin tarkkuuden perusteella.




Pari: Kuinka laskea ferriittisydämuuntajat Seuraava: Ultraäänipolttoainemittarin piiri