Varför behöver vi dataomvandlare? I den verkliga världen finns de flesta data tillgängliga i form av analog karaktär. Vi har två typer av omvandlare analog till digital omvandlare och digital till analog omvandlare. Medan data manipuleras är dessa två omvandlingsgränssnitt väsentliga för digital elektronisk utrustning och en analog elektrisk enhet som ska behandlas av en processor för att producera erforderlig operation.
Ta till exempel nedanstående DSP-illustration, en ADC omvandlar den analoga data som samlas in av ljudingångsutrustning, såsom en mikrofon (sensor), till en digital signal som kan bearbetas av en dator. Datorn kan lägga till ljudeffekter. Nu kommer en DAC att bearbeta den digitala ljudsignalen tillbaka till den analoga signalen som används av ljudutgångsutrustning som en högtalare.
Ljudsignalbehandling
Digital till analog omvandlare (DAC)
Digital to Analog Converter (DAC) är en enhet som omvandlar digital data till en analog signal. Enligt Nyquist-Shannon-samplingssatsen kan alla samplade data rekonstrueras perfekt med bandbredd och Nyquist-kriterier.
En DAC kan rekonstruera samplade data till en analog signal med precision. Den digitala datan kan produceras från en mikroprocessor, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) eller Fältprogrammerbar grindmatris (FPGA) , men i slutändan kräver data konvertering till en analog signal för att interagera med den verkliga världen.
Grundläggande digital till analog omvandlare
D / A-omvandlararkitekturer
Det finns två metoder som vanligtvis används för digital till analog konvertering: Metoden med viktade motstånd och den andra använder R-2R-stegenätverksmetoden.
DAC med hjälp av vägda motståndsmetoder
Nedanstående schematiska diagram är DAC med vägda motstånd. Den grundläggande funktionen för DAC är förmågan att lägga till ingångar som i slutändan kommer att motsvara bidragen från de olika bitarna i den digitala ingången. I spänningsdomänen, det vill säga om insignalerna är spänningar, kan tillägget av de binära bitarna uppnås med hjälp av den inverterande summeringsförstärkare visas i figuren nedan.
Binära viktade motstånd DAC
I spänningsdomänen, det vill säga om insignalerna är spänningar, kan tillägget av de binära bitarna uppnås med användning av den inverterande summeringsförstärkaren som visas i figuren ovan.
Ingångsmotstånden för op-amp har deras motståndsvärden viktade i binärt format. När den mottagande binära 1 ansluter omkopplaren motståndet till referensspänningen. När den logiska kretsen tar emot binär 0, kopplar omkopplaren motståndet till jord. Alla digitala ingångsbitar appliceras samtidigt på DAC.
DAC genererar analog utgångsspänning motsvarande den givna digitala datasignalen. För DAC är den givna digitala spänningen b3 b2 b1 b0 där varje bit är ett binärt värde (0 eller 1). Utgångsspänningen som produceras på utgångssidan är
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Eftersom antalet bitar ökar i den digitala ingångsspänningen blir motståndsvärdena stort och följaktligen blir noggrannheten dålig.
R-2R Ladder Digital till Analog Converter (DAC)
R-2R-stegen DAC konstruerad som en binärviktad DAC som använder en upprepande kaskad struktur av motståndsvärden R och 2R. Detta förbättrar precisionen på grund av den relativa lättheten att producera likvärdiga matchade motstånd (eller strömkällor).
R-2R Ladder Digital till Analog Converter (DAC)
Ovanstående figur visar 4-bitars R-2R-stegen DAC. För att uppnå hög noggrannhet har vi valt motståndsvärdena som R och 2R. Låt det binära värdet B3 B2 B1 B0, om b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, så visas kretsen i bilden nedan är det en förenklad form av ovanstående DAC-krets. Utgångsspänningen är V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
På samma sätt, om b2 = 1 och b3 = b1 = b0 = 0, är utspänningen V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 och kretsen förenklas enligt nedan
Om b1 = 1 och b2 = b3 = b0 = 0, är kretsen som visas i figuren nedan en förenklad form av ovanstående DAC-krets. Utgångsspänningen är V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Slutligen visas kretsen nedan som motsvarar fallet där b0 = 1 och b2 = b3 = b1 = 0. Utgångsspänningen är V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
På detta sätt kan vi hitta att när ingångsdata är b3b2b1b0 (där enskilda bitar är antingen 0 eller 1), så är utspänningen
Tillämpningar av digital till analog omvandlare
DAC används i många applikationer för digital signalbehandling och många fler applikationer. Några av de viktiga applikationerna diskuteras nedan.
Ljudförstärkare
DAC används för att producera likspänningsförstärkning med Microcontroller-kommandon. Ofta kommer DAC att införlivas i en hel ljudkod som inkluderar signalbehandlingsfunktioner.
Video Encoder
Videokodarsystemet kommer att bearbeta en videosignal och skicka digitala signaler till en mängd olika DAC: er för att producera analoga videosignaler i olika format, tillsammans med optimering av utgångsnivåer. Som med ljudkoder kan dessa IC-enheter ha integrerade DAC: er.
Visa elektronik
Den grafiska styrenheten använder vanligtvis en uppslagstabell för att generera datasignaler som skickas till en video-DAC för analoga utgångar som röda, gröna, blå (RGB) -signaler för att driva en skärm.
Datainsamlingssystem
Data som ska mätas digitaliseras av en Analog-till-Digital-omvandlare (ADC) och skickas sedan till en processor. Datainsamlingen kommer också att inkludera en processkontrolländ, i vilken processorn skickar återkopplingsdata till en DAC för konvertering till analoga signaler.
Kalibrering
DAC tillhandahåller dynamisk kalibrering för förstärkning och spänningsförskjutning för noggrannhet i test- och mätsystem.
Motor kontroll
Många motorstyrningar kräver spänningsstyrsignaler , och en DAC är idealisk för denna applikation som kan drivas av en processor eller styrenhet.
Motorstyrningsapplikation
Datadistributionssystem
Många industri- och fabrikslinjer kräver flera programmerbara spänningskällor, och detta kan genereras av en grupp av DAC: er som är multiplexerade. Användningen av en DAC möjliggör dynamisk förändring av spänningar under drift av ett system.
Digital potentiometer
Nästan alla digitala potentiometrar är baserade på strängens DAC-arkitektur. Med viss omorganisation av resistor / switch array och tillägg av ett I2C-kompatibelt gränssnitt kan en helt digital potentiometer implementeras.
Radioprogramvara
En DAC används med en digital signalprocessor (DSP) för att omvandla en signal till analog för överföring i mixerkretsen och sedan till radioens förstärkare och sändare.
Således diskuterar denna artikel digital till analog omvandlare och dess tillämpningar. Vi hoppas att du har fått en bättre förståelse för detta koncept. Vidare, alla frågor angående detta koncept eller för att genomföra elektriska och elektroniska projekt, vänligen ge dina värdefulla förslag genom att kommentera i kommentarsektionen nedan. Här är en fråga till dig, Hur kan vi övervinna den dåliga noggrannheten i binärt viktad motstånd DAC?
