Hvorfor trenger vi datakonvertere? I den virkelige verden er de fleste data tilgjengelige i form av analog karakter. Vi har to typer omformere analog til digital omformer og digital til analog omformer. Mens de manipulerer dataene, er disse to konverteringsgrensesnittene essensielle for digitalt elektronisk utstyr og en analog elektrisk enhet som skal behandles av en prosessor for å produsere nødvendig drift.
Ta for eksempel DSP-illustrasjonen nedenfor, en ADC konverterer de analoge dataene som er samlet inn av lydinngangsutstyr som en mikrofon (sensor), til et digitalt signal som kan behandles av en datamaskin. Datamaskinen kan legge til lydeffekter. Nå vil en DAC behandle det digitale lydsignalet tilbake til det analoge signalet som brukes av lydutstyr som en høyttaler.
Lydsignalbehandling
Digital til analog omformer (DAC)
Digital to Analog Converter (DAC) er en enhet som forvandler digitale data til et analogt signal. I henhold til Nyquist-Shannon samplingssetningen kan alle samplede data rekonstrueres perfekt med båndbredde og Nyquist kriterier.
En DAC kan rekonstruere samplede data til et analogt signal med presisjon. De digitale dataene kan produseres fra en mikroprosessor, Application Specific Integrated Circuit (ASIC), eller Feltprogrammerbar portarray (FPGA) , men til slutt krever dataene konvertering til et analogt signal for å samhandle med den virkelige verden.
Grunnleggende digital til analog omformer
D / A Converter Arkitekturer
Det er to metoder som ofte brukes for digital til analog konvertering: Metoden med vektede motstander, og den andre bruker R-2R-stigenettverksmetoden.
DAC ved bruk av vektede motstandsmetoder
Skjematisk diagram nedenfor er DAC ved hjelp av vektede motstander. Den grunnleggende driften av DAC er muligheten til å legge til innganger som til slutt vil tilsvare bidragene til de forskjellige bitene i den digitale inngangen. I spenningsdomenet, det vil si hvis inngangssignalene er spenninger, kan tilsetning av binære biter oppnås ved hjelp av den inverterende summerende forsterker vist i figuren nedenfor.
Binære vektede motstander DAC
I spenningsdomenet, det vil si hvis inngangssignalene er spenninger, kan tilsetning av binære biter oppnås ved å bruke den inverterende summeringsforsterkeren vist i figuren ovenfor.
Inngangsmotstandene til op-amp har motstandsverdiene vektet i binært format. Når den mottatte binære 1 kobler bryteren motstanden til referansespenningen. Når logikkretsen mottar binær 0, kobler bryteren motstanden til jord. Alle digitale inngangsbiter brukes samtidig på DAC.
DAC genererer analog utgangsspenning som tilsvarer det gitte digitale datasignalet. For DAC er den gitte digitale spenningen b3 b2 b1 b0 hvor hver bit er en binær verdi (0 eller 1). Utgangsspenningen produsert på utgangssiden er
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Ettersom antall bits øker i den digitale inngangsspenningen, blir rekkevidden til motstandsverdiene stort og følgelig blir nøyaktigheten dårlig.
R-2R Ladder Digital til Analog Converter (DAC)
R-2R-stigen DAC konstruert som en binærvektet DAC som bruker en gjentatt kaskadestruktur av motstandsverdiene R og 2R. Dette forbedrer presisjonen på grunn av den relative lettheten ved å produsere likeverdige motstander (eller strømkilder).
R-2R Ladder Digital til Analog Converter (DAC)
Ovennevnte figur viser 4-biters R-2R-stigen DAC. For å oppnå nøyaktighet på høyt nivå har vi valgt motstandsverdiene som R og 2R. La binærverdien B3 B2 B1 B0, hvis b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, så er kretsen vist i figuren nedenfor, det er en forenklet form av ovennevnte DAC-krets. Utgangsspenningen er V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
Tilsvarende, hvis b2 = 1 og b3 = b1 = b0 = 0, så er utgangsspenningen V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 og kretsen er forenklet som nedenfor
Hvis b1 = 1 og b2 = b3 = b0 = 0, så er kretsen vist i figuren under en forenklet form av DAC-kretsen ovenfor. Utgangsspenningen er V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Til slutt vises kretsen nedenfor som tilsvarer tilfellet der b0 = 1 og b2 = b3 = b1 = 0. Utgangsspenningen er V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
På denne måten kan vi finne at når inngangsdataene er b3b2b1b0 (der individuelle bits er enten 0 eller 1), så er utgangsspenningen
Anvendelser av Digital til Analog Converter
DAC brukes i mange applikasjoner for digital signalbehandling og mange flere applikasjoner. Noen av de viktige applikasjonene blir diskutert nedenfor.
Audioforsterker
DAC-er brukes til å produsere DC-spenningsforsterkning med Microcontroller-kommandoer. Ofte vil DAC bli innlemmet i en hel lydkodek som inkluderer signalbehandlingsfunksjoner.
Video Encoder
Videokodersystemet vil behandle et videosignal og sende digitale signaler til en rekke DACer for å produsere analoge videosignaler i forskjellige formater, sammen med optimalisering av utgangsnivåene. Som med lydkodeker kan disse IC-ene ha integrerte DAC-er.
Skjermelektronikk
Grafikkontrolleren vil vanligvis bruke en oppslagstabell for å generere datasignaler sendt til en video DAC for analoge utganger som Røde, Grønne, Blå (RGB) signaler for å drive en skjerm.
Datainnsamlingssystemer
Data som skal måles digitaliseres av en Analog-til-Digital-omformer (ADC) og sendes deretter til en prosessor. Datainnsamlingen vil også inkludere en prosessstyringsende, der prosessoren sender tilbakemeldingsdata til en DAC for konvertering til analoge signaler.
Kalibrering
DAC gir dynamisk kalibrering for forsterkning og spenningsforskyvning for nøyaktighet i test- og målesystemer.
Motor kontroll
Mange motorstyringer krever spenningskontrollsignaler , og en DAC er ideell for dette programmet som kan drives av en prosessor eller kontroller.
Motor Control Application
Datadistribusjonssystem
Mange industri- og fabrikklinjer krever flere programmerbare spenningskilder, og dette kan genereres av en gruppe DACer som er multipleksede. Bruken av en DAC tillater dynamisk endring av spenninger under drift av et system.
Digital potensiometer
Nesten alle digitale potensiometere er basert på streng DAC-arkitektur. Med litt omorganisering av motstand / bryteroppstilling, og tillegg av et I2C-kompatibelt grensesnitt , kan et fullt digitalt potensiometer implementeres.
Radioprogramvare
En DAC brukes med en Digital Signal Processor (DSP) for å konvertere et signal til analog for overføring i mikserkretsen, og deretter til radioens forsterker og sender.
Dermed diskuteres denne artikkelen digital til analog omformer og dets applikasjoner. Vi håper at du har fått en bedre forståelse av dette konseptet. Videre, spørsmål angående dette konseptet eller å implementere elektriske og elektroniske prosjekter, vennligst gi dine verdifulle forslag ved å kommentere i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørsmål til deg, Hvordan kan vi overvinne den dårlige nøyaktigheten i binærvektet motstand DAC?
