Prečo potrebujeme prevádzače údajov? V skutočnom svete je väčšina údajov k dispozícii vo forme analógu. Máme dva typy prevádzačov analógovo-digitálny prevodník a digitálno-analógový prevodník. Pri manipulácii s údajmi sú tieto dve prevádzacie rozhrania nevyhnutné pre digitálne elektronické zariadenie a analógové elektrické zariadenie, ktoré sa majú spracovať procesorom na zabezpečenie požadovanej činnosti.
Napríklad, vezmime si nasledujúcu ilustráciu DSP, prevodník ADC prevádza analógové údaje zhromaždené zvukovým vstupným zariadením, ako je mikrofón (snímač), na digitálny signál, ktorý je možné spracovať počítačom. Počítač môže pridať zvukové efekty. Teraz DAC spracuje digitálny zvukový signál späť na analógový signál, ktorý používa zvukové výstupné zariadenie, napríklad reproduktor.
Spracovanie zvukového signálu
Digitálno-analógový prevodník (DAC)
Digitálno-analógový prevodník (DAC) je zariadenie, ktoré transformuje digitálne údaje na analógový signál. Podľa Nyquist-Shannonovej vety o vzorkovaní je možné ľubovoľné vzorkované údaje dokonale rekonštruovať pomocou šírky pásma a Nyquistových kritérií.
DAC dokáže s presnosťou rekonštruovať vzorkované dáta na analógový signál. Digitálne údaje môžu byť vyrobené z mikroprocesora, aplikačne špecifického integrovaného obvodu (ASIC) alebo Field Programmable Gate Array (FPGA) , ale nakoniec údaje vyžadujú konverziu na analógový signál, aby mohli interagovať s reálnym svetom.
Základný digitálny na analógový prevodník
Architektúry D / A prevodníkov
Pre digitálnu na analógovú konverziu sa bežne používajú dve metódy: metóda Weighted Resistors a druhá metóda používa rebríkovú sieť R-2R.
DAC pomocou metódy vážených rezistorov
Nižšie uvedený schematický diagram je DAC s použitím vážených rezistorov. Základnou funkciou DAC je schopnosť pridávať vstupy, ktoré budú v konečnom dôsledku zodpovedať príspevkom rôznych bitov digitálneho vstupu. V napäťovej doméne, to znamená, že ak sú vstupnými signálmi napätia, je možné dosiahnuť pridanie binárnych bitov pomocou invertovania sčítací zosilňovač zobrazené na nasledujúcom obrázku.
Binárne vážené rezistory DAC
V napäťovej doméne, to znamená, ak sú vstupnými signálmi napätia, je možné dosiahnuť pridanie binárnych bitov pomocou inverzného sčítacieho zosilňovača zobrazeného na obrázku vyššie.
Vstupné odpory operačný zosilňovač majú svoje hodnoty odporu vážené v binárnom formáte. Keď prijíma binárny signál 1, prepínač pripája rezistor k referenčnému napätiu. Keď logický obvod prijme binárnu hodnotu 0, prepínač pripojí rezistor k zemi. Všetky digitálne vstupné bity sa súčasne aplikujú na DAC.
DAC generuje analógové výstupné napätie zodpovedajúce danému digitálnemu dátovému signálu. Pre DAC je dané digitálne napätie b3 b2 b1 b0, kde každý bit je binárna hodnota (0 alebo 1). Výstupné napätie produkované na výstupnej strane je
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Keď sa počet bitov v digitálnom vstupnom napätí zvyšuje, rozsah hodnôt odporu sa zväčšuje a podľa toho klesá presnosť.
Digitálny analógový prevodník R-2R (DAC)
Rebríček DAC R-2R skonštruovaný ako binárne vážený DAC, ktorý používa opakujúcu sa kaskádovú štruktúru rezistorových hodnôt R a 2R. To zlepšuje presnosť vďaka relatívnej ľahkosti výroby rezistorov s rovnakou zhodou (alebo zdrojov prúdu).
Digitálny analógový prevodník R-2R (DAC)
Vyššie uvedený obrázok zobrazuje 4-bitový rebrík DAC R-2R. Aby sme dosiahli presnosť na vysokej úrovni, zvolili sme hodnoty odporu ako R a 2R. Nechajte binárnu hodnotu B3 B2 B1 B0, ak b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, potom je obvod zobrazený na obrázku nižšie, ide o zjednodušenú formu vyššie uvedeného obvodu DAC. Výstupné napätie je V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
Podobne, ak b2 = 1 a b3 = b1 = b0 = 0, potom je výstupné napätie V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 a obvod je zjednodušený, ako je uvedené nižšie
Ak b1 = 1 a b2 = b3 = b0 = 0, potom je obvod zobrazený na obrázku nižšie zjednodušenou formou vyššie uvedeného obvodu DAC. Výstupné napätie je V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Nakoniec je uvedený nižšie obvod, ktorý zodpovedá prípadu, keď b0 = 1 a b2 = b3 = b1 = 0. Výstupné napätie je V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
Týmto spôsobom môžeme zistiť, že keď sú vstupné údaje b3b2b1b0 (kde jednotlivé bity sú buď 0 alebo 1), potom je výstupné napätie
Aplikácie digitálno-analógového prevodníka
DAC sa používajú v mnohých aplikáciách na digitálne spracovanie signálu a v mnohých ďalších aplikáciách. Niektoré dôležité aplikácie sú uvedené nižšie.
Zosilňovač zvuku
DAC sa používajú na výrobu jednosmerného napätia pomocou príkazov mikrokontroléra. DAC bude často zabudovaný do celého zvukového kodeku, ktorý obsahuje funkcie spracovania signálu.
Kódovač videa
Systém kódovania videa spracuje video signál a bude odosielať digitálne signály do rôznych DAC, aby vytvoril analógové video signály rôznych formátov spolu s optimalizáciou výstupných úrovní. Rovnako ako zvukové kodeky, aj tieto integrované obvody môžu mať integrované DAC.
Elektronika displeja
Grafický radič zvyčajne použije vyhľadávaciu tabuľku na generovanie dátových signálov odoslaných do video DAC pre analógové výstupy, ako sú červené, zelené, modré (RGB) signály, ktoré riadia displej.
Systémy zberu dát
Dáta, ktoré sa majú merať, sa digitalizujú analógovo-digitálnym prevodníkom (ADC) a potom sa odošlú do procesora. Získavanie údajov bude tiež obsahovať koniec riadenia procesu, v ktorom procesor odosiela údaje spätnej väzby do DAC na prevod na analógové signály.
Kalibrácia
DAC poskytuje dynamickú kalibráciu pre zosilnenie a posun napätia pre presnosť v testovacích a meracích systémoch.
Ovládanie motora
Vyžaduje veľa ovládacích prvkov motora riadiace signály napätia , a DAC je ideálny pre túto aplikáciu, ktorú môže poháňať procesor alebo radič.
Aplikácia riadenia motora
Systém distribúcie údajov
Mnoho priemyselných a továrenských liniek vyžaduje viac programovateľných zdrojov napätia a môže ich generovať banka DAC, ktoré sú multiplexované. Použitie DAC umožňuje dynamickú zmenu napätia počas prevádzky systému.
Digitálny potenciometer
Takmer všetky digitálne potenciometre sú založené na reťazcovej DAC architektúre. S určitou reorganizáciou rezistorového / prepínacieho poľa a pridaním rozhranie kompatibilné s I2C , je možné implementovať plne digitálny potenciometer.
Rádiový softvér
DAC sa používa s procesorom digitálneho signálu (DSP) na konverziu signálu na analógový na prenos v obvode zmiešavača a potom na rádiový signál. Výkonový zosilňovač a vysielač.
Tento článok teda pojednáva digitálny na analógový prevodník a jeho aplikácií. Dúfame, že ste tomuto konceptu lepšie porozumeli. V prípade akýchkoľvek otázok týkajúcich sa tohto konceptu alebo implementácie elektrických a elektronických projektov, prosím, poskytnite svoje cenné návrhy prostredníctvom komentárov v sekcii komentárov nižšie. Tu je otázka pre vás, Ako môžeme prekonať zlú presnosť binárne váženého rezistora DAC?
