Zakaj potrebujemo pretvornike podatkov? V resničnem svetu je večina podatkov na voljo v obliki analogne narave. Imamo dve vrsti pretvornikov analogno-digitalni pretvornik in digitalno-analogni pretvornik. Ta dva pretvorniška vmesnika sta med obdelavo podatkov bistvenega pomena za digitalno elektronsko opremo in analogno električno napravo, ki jo procesor obdela, da doseže potrebno delovanje.
Na primer, vzemite spodnjo sliko DSP, ADC pretvori analogne podatke, zbrane z avdio vhodno opremo, kot je mikrofon (senzor), v digitalni signal, ki ga lahko obdela računalnik. Računalnik lahko doda zvočne učinke. Zdaj bo DAC obdelal digitalni zvočni signal nazaj v analogni signal, ki ga uporablja avdio izhodna oprema, kot je zvočnik.
Obdelava zvočnega signala
Digitalno-analogni pretvornik (DAC)
Digitalno-analogni pretvornik (DAC) je naprava, ki digitalne podatke pretvori v analogni signal. V skladu z izrek Nyquist-Shannon o vzorčenju je mogoče vse vzorčene podatke popolnoma rekonstruirati s pasovno širino in Nyquistovimi merili.
DAC lahko natančno rekonstruira vzorčene podatke v analogni signal. Digitalni podatki se lahko proizvajajo iz mikroprocesorja, integriranega vezja (ASIC) ali Programska matrika vrat (FPGA) , vendar podatki na koncu zahtevajo pretvorbo v analogni signal za interakcijo z resničnim svetom.
Osnovni digitalno-analogni pretvornik
D / A pretvorniške arhitekture
Za digitalno analogno pretvorbo se pogosto uporabljata dve metodi: metoda uteženih uporov, druga pa metoda lestve R-2R.
DAC z metodo uteženih uporov
Spodnji shematski diagram je DAC z uporabo uteženih uporov. Osnovno delovanje DAC je zmožnost dodajanja vhodov, ki bodo na koncu ustrezali prispevkom različnih bitov digitalnega vhoda. V napetostnem področju, to je, če so vhodni signali napetosti, lahko dodajanje binarnih bitov dosežemo z invertiranjem seštevalni ojačevalnik prikazano na spodnji sliki.
Binarno uteženi upori DAC
V napetostnem področju, to je, če so vhodni signali napetosti, lahko dodajanje binarnih bitov dosežemo z invertirnim seštevalnim ojačevalnikom, prikazanim na zgornji sliki.
Vhodni upori na op-amp vrednosti odpornosti tehtajo v binarni obliki. Ko prejema binarno 1 stikalo poveže upor z referenčno napetostjo. Ko logično vezje prejme binarno 0, stikalo poveže upor z maso. Vsi digitalni vhodni bit se istočasno uporabijo na DAC.
DAC generira analogno izhodno napetost, ki ustreza danemu digitalnemu podatkovnemu signalu. Za DAC je dana digitalna napetost b3 b2 b1 b0, kjer je vsak bit binarna vrednost (0 ali 1). Izhodna napetost, proizvedena na izhodni strani, je
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Ko se število bitov v digitalni vhodni napetosti povečuje, obseg vrednosti upora postane velik in zato natančnost postane slaba.
R-2R lestve digitalno-analogni pretvornik (DAC)
DAC lestve R-2R, zgrajen kot binarno utežen DAC, ki uporablja ponavljajočo se kaskadno strukturo vrednosti uporov R in 2R. To izboljša natančnost zaradi sorazmerne enostavnosti izdelave enakovredno usklajenih uporov (ali trenutnih virov).
R-2R lestve digitalno-analogni pretvornik (DAC)
Zgornja slika prikazuje 4-bitni DAC lestve R-2R. Da bi dosegli visoko natančnost, smo izbrali vrednosti uporov kot R in 2R. Naj bo binarna vrednost B3 B2 B1 B0, če je b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, potem je vezje prikazano na spodnji sliki in je poenostavljena oblika zgornjega DAC vezja. Izhodna napetost je V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
Če je b2 = 1 in b3 = b1 = b0 = 0, je izhodna napetost V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 in vezje je poenostavljeno, kot je prikazano spodaj
Če je b1 = 1 in b2 = b3 = b0 = 0, potem je vezje, prikazano na spodnji sliki, poenostavljena oblika zgornjega vezja DAC. Izhodna napetost je V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Na koncu je spodnje vezje prikazano v primeru, ko je b0 = 1 in b2 = b3 = b1 = 0. Izhodna napetost je V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
Na ta način lahko ugotovimo, da ko je vhodni podatek b3b2b1b0 (kjer so posamezni biti bodisi 0 bodisi 1), potem je izhodna napetost
Uporaba digitalnega v analogni pretvornik
DAC-ji se uporabljajo v številnih aplikacijah za digitalno obdelavo signalov in v mnogih drugih aplikacijah. Nekatere pomembne aplikacije so opisane v nadaljevanju.
Avdio ojačevalnik
DAC se uporabljajo za pridobivanje enosmerne napetosti z ukazi mikrokrmilnika. DAC se pogosto vključi v celoten avdio kodek, ki vključuje funkcije za obdelavo signala.
Video kodirnik
Video kodirni sistem bo obdelal video signal in poslal digitalne signale različnim DAC-om, da bo ustvaril analogne video signale različnih formatov, skupaj z optimizacijo izhodnih ravni. Tako kot pri zvočnih kodekih imajo ti IC lahko tudi integrirane DAC-je.
Elektronika zaslona
Grafični krmilnik običajno uporablja iskalno tabelo za generiranje podatkovnih signalov, poslanih na video DAC za analogne izhode, kot so rdeči, zeleni, modri (RGB) signali za pogon zaslona.
Sistemi za zbiranje podatkov
Podatke, ki jih je treba izmeriti, digitalizira analogno-digitalni pretvornik (ADC) in nato pošlje procesorju. Zajem podatkov bo vključeval tudi konec nadzora procesa, v katerem procesor pošlje povratne podatke v DAC za pretvorbo v analogne signale.
Praznovanje
DAC zagotavlja dinamično kalibracijo ojačenja in odmika napetosti za natančnost v preskusnih in merilnih sistemih.
Krmiljenje motorja
Veliko krmiljenja motorja zahteva signali za nadzor napetosti , in DAC je idealen za to aplikacijo, ki jo lahko poganja procesor ali krmilnik.
Aplikacija za nadzor motorja
Sistem za distribucijo podatkov
Številne industrijske in tovarniške linije potrebujejo več programabilnih virov napetosti, kar lahko ustvari skupina DAC-jev, ki so multipleksirani. Uporaba DAC omogoča dinamično spreminjanje napetosti med delovanjem sistema.
Digitalni potenciometer
Skoraj vsi digitalni potenciometri temeljijo na nizu DAC arhitekture. Z nekaj reorganizacijo uporovnega / stikalnega polja in dodatkom vmesnik, združljiv z I2C , je mogoče vgraditi popolnoma digitalni potenciometer.
Radijska programska oprema
DAC se uporablja z digitalnim procesorjem signalov (DSP) za pretvorbo signala v analogni za prenos v vezju mešalnika in nato v radijski ojačevalnik moči in oddajnik.
Tako ta članek obravnava digitalno-analogni pretvornik in njegove aplikacije. Upamo, da ste bolje razumeli ta koncept. Poleg tega, če imate kakršna koli vprašanja v zvezi s tem konceptom ali izvedbo električnih in elektronskih projektov, podajte svoje dragocene predloge s komentarjem v spodnjem oddelku za komentarje. Tukaj je vprašanje za vas, Kako lahko premagamo slabo natančnost v binarno uteženem uporovnem DAC?
