Pojasnjeni digitalno-analogni (DAC), analogno-digitalni (ADC) pretvorniki

Preizkusite Naš Instrument Za Odpravo Težav





TO digitalno-analogni pretvornik ( Dacian , D / A , D2A , ali Od D do A ) je vezje, zasnovano za pretvorbo digitalnega vhodnega signala v analogni izhodni signal. Analogno-digitalni pretvornik (ADC) deluje nasprotno in pretvori analogni vhodni signal v digitalni izhod.

V tem članku izčrpno razpravljamo o delovanju vezij digitalnega v analogni in analogno v digitalni pretvornik z uporabo diagramov in formul.



V elektroniki lahko najdemo napetosti in tokove, ki se nenehno spreminjajo z različnimi obsegi in velikostmi.

V digitalnih vezjih je napetostni signal v dveh oblikah, bodisi kot logična visoka ali logično nizka logična raven, ki predstavlja binarne vrednosti 1 ali 0.



V analogno digitalnih pretvornikih (ADC) je vhodni analogni signal predstavljen kot digitalna velikost, medtem ko digitalno analogni pretvornik (DAC) pretvori digitalno velikost nazaj v analogni signal.

Kako delujejo digitalno-analogni pretvorniki

Proces digitalno-analogne pretvorbe je mogoče izvesti s številnimi različnimi tehnikami.

Ena dobro znana metoda uporablja mrežo uporov, znano kot lestvična mreža.

Lestvično omrežje je zasnovano tako, da sprejema vhode, ki vključujejo binarne vrednosti, običajno pri 0 V ali Vref, in oddaja izhodno napetost, enakovredno velikosti binarnega vhoda.

Spodnja slika prikazuje omrežje lestve, ki uporablja 4 vhodne napetosti, ki predstavljajo 4 bite digitalnih podatkov in izhod enosmerne napetosti.

Izhodna napetost je sorazmerna z vrednostjo digitalnega vhoda, izraženo z enačbo:

DAC mreža lestev

Z rešitvijo zgornjega primera dobimo naslednjo izhodno napetost:

Kot vidimo, digitalni vhod 0110dvapretvori v analogni izhod 6 V.

Namen omrežja lestev je spremeniti 16 potencialnih binarnih veličin
skozi 0000 do 1111 v eno od 16 napetostnih količin v intervalih Vref/ 16.

Zato je morda mogoče obdelati več binarnih vhodov z vključitvijo večjega števila lestvenih enot in doseči višjo kvantizacijo za vsak korak.

Recimo, če uporabimo 10-stopenjsko lestevsko omrežje, to omogoči uporabo za povečanje napetostne stopnje ali ločljivosti na Vref/ dva10.ali Vref/ 1024. V tem primeru, če smo uporabili referenčno napetost Vref= 10 V bi ustvarilo izhodno napetost v korakih po 10 V / 1024 ali pri približno 10 mV.

Tako bomo z večjim številom stopnic lestve dobili sorazmerno večjo ločljivost.

Običajno za n število stopnic lestve, to lahko predstavimo z naslednjo formulo:

Vref/ dvan

Blokovni diagram DAC

Spodnja slika prikazuje blokovni diagram standardnega DAC z uporabo lestvične mreže, ki je označena kot lestev R-2R. To lahko vidimo zaklenjeno med referenčnim tokovnim virom in tokovnimi stikali.

Tokovna stikala so povezana z binarnimi stikali in tvorijo izhodni tok, sorazmeren vhodni binarni vrednosti.

Binarni vhodi preklapljajo ustrezne krake lestve, kar omogoča izhodni tok, ki je ponderirana vsota trenutne reference.

Po potrebi se lahko na izhode pritrdijo upori za interpretacijo rezultata kot analognega izhoda.

DAC IC z uporabo lestvične mreže R-2R.

Kako delujejo analogno-digitalni pretvorniki

Do zdaj smo razpravljali o pretvorbi digitalnih v analogne signale, zdaj pa se naučimo, kako narediti ravno nasprotno, to je pretvorbo analognega signala v digitalni signal. To je mogoče izvesti z dobro znano metodo, imenovano metoda z dvojnim naklonom .

Naslednja slika prikazuje blokovni diagram za standardni pretvornik ADC z dvojnim naklonom.

Analogno-digitalna pretvorba po metodi z dvojnim naklonom: (a) logični diagram (b) valovna oblika.

Tu je uporabljeno elektronsko stikalo za prenos želenega analognega vhodnega signala na integrator, imenovan tudi generator rampe. Ta generator rampe je lahko v obliki kondenzatorja, napolnjenega s konstantnim tokom za generiranje linearne rampe. To povzroči potrebno digitalno pretvorbo skozi števec, ki deluje tako za pozitivne kot negativne intervale naklona integratorja.

Metodo lahko razumemo z naslednjim opisom:

Celotno merilno območje števca določa določen časovni interval. V tem intervalu vhodna analogna napetost, ki se nanaša na integrator, povzroči, da se vhodna napetost primerjalnika dvigne na nekaj pozitivne ravni.

Sklicevanje na odsek (b) zgornjega diagrama kaže, da je napetost integratorja na koncu določenega časovnega intervala večja od vhodne napetosti, ki je večja po velikosti.

Ko se fiksni časovni interval konča, se štetje nastavi na 0, kar elektronsko stikalo pozove, da integrator poveže s fiksno referenčno vhodno napetostjo. Po tem začne izhod integratorja, ki je tudi vhod kondenzatorja, s konstantno hitrostjo padati.

V tem obdobju števec še naprej napreduje, medtem ko izhod integratorja še naprej pada s konstantno hitrostjo, dokler ne pade pod referenčno napetost primerjalnika. To povzroči, da izhod primerjalnika spremeni stanje in sproži stopnjo krmilne logike, da ustavi štetje.

Shranjena digitalna velikost znotraj števca postane digitalni izhod pretvornika.

Uporaba skupne faze ure in integratorja med pozitivnim in negativnim intervalom naklona dodaja nekakšno kompenzacijo za nadzor premikanja takta in mejo natančnosti integratorja.

Izhod števca je morda mogoče prilagoditi po želji uporabnika s primerno nastavitvijo referenčne vhodne vrednosti in takta. Števec je lahko binarni, BCD ali v drugi digitalni obliki, če je to potrebno.

Uporaba omrežja Ladder

Metoda lestvične mreže z uporabo števcev in primerjalnih stopenj je še en idealen način za izvedbo analogno-digitalne pretvorbe. Pri tej metodi števec začne odštevati od nič, kar poganja omrežje lestve in generira stopnjevano naraščajočo napetost, ki spominja na stopnišče (glej sliko spodaj).

Analogno-digitalni postopek pretvorbe z uporabo lestvičnega omrežja: (a) logični diagram (b) diagram valovne oblike.

Postopek omogoča povečanje napetosti z vsakim korakom štetja.

Primerjalnik spremlja to naraščajočo stopniščno napetost in jo primerja z analogno vhodno napetostjo. Takoj, ko primerjalec zazna napetost stopnišča nad analognim vhodom, njegov izhod pozove k ustavitvi štetja.

Vrednost števca na tej točki postane digitalni ekvivalent analognega signala.

Stopnja spremembe napetosti, ki jo ustvarjajo stopnice stopniščnega signala, se določi s količino uporabljenih števcev bitov.

Na primer, 12-stopenjski števec z referenco 10 V bo deloval z 10-stopenjskim omrežjem lestve s koračnimi napetostmi:

Vref/ dva12.= 10 V / 4096 = 2,4 mV

To bo ustvarilo ločljivost pretvorbe 2,4 mV. Čas, potreben za izvedbo pretvorbe, je določen s hitrostjo števca.

Če se za delovanje 12-stopenjskega števca uporablja takt 1 MHz, bi bil največji čas pretvorbe:

4096 x 1 μs = 4096 μs ≈ 4,1 ms

Najmanjše število možnih konverzij na sekundo je:

št. konverzij = 1 / 4,1 ms ≈ 244 konverzij / sekundo

Dejavniki, ki vplivajo na postopek pretvorbe

Glede na to, da nekatere pretvorbe morda zahtevajo več, nekatere pa manj časa štetja, je ponavadi lahko čas pretvorbe = 4,1 ms / 2 = 2,05 ms dobra vrednost.

To bo v povprečju ustvarilo 2 x 244 = 488 konverzij.

Počasnejša takta bi pomenila manj pretvorb na sekundo.

Pretvornik, ki deluje z manjšim številom stopenj štetja (nizka ločljivost), bi imel višjo stopnjo pretvorbe.

Natančnost pretvornika določa natančnost primerjalnika.




Prejšnja: Kako izračunati transformatorje feritnih jeder Naprej: Vezje ultrazvočnega indikatorja nivoja goriva