Kāpēc mums ir nepieciešami datu pārveidotāji? Reālajā pasaulē lielākā daļa datu ir pieejami analogā veidā. Mums ir divu veidu pārveidotāji analogais ciparu pārveidotājs un digitālo uz analogo pārveidotāju. Manipulējot ar datiem, šīs divas konvertējošās saskarnes ir būtiskas digitālajai elektroniskajai iekārtai un analogai elektriskai ierīcei, kuras procesors apstrādā, lai nodrošinātu nepieciešamo darbību.
Piemēram, ņemiet zemāk redzamo DSP ilustrāciju: ADC pārveido analogos datus, kas savākti ar audio ievades iekārtām, piemēram, mikrofonu (sensoru), par ciparu signālu, kuru var apstrādāt dators. Dators var pievienot skaņas efektus. Tagad DAC pārveidos digitālo skaņas signālu atpakaļ analogajā signālā, ko izmanto audio izvades iekārtas, piemēram, skaļrunis.
Audio signālu apstrāde
Digitālais uz analogo pārveidotāju (DAC)
Digital to Analog Converter (DAC) ir ierīce, kas pārveido digitālos datus analogajā signālā. Saskaņā ar Nyquist-Shannon izlases teorēmu, visus izlasē iekļautos datus var lieliski rekonstruēt, izmantojot joslas platumu un Nyquist kritērijus.
DAC var precīzi rekonstruēt atlasītos datus analogajā signālā. Digitālos datus var iegūt no mikroprocesora, lietojumprogrammas integrētās shēmas (ASIC) vai Programmējams lauka masīvs (FPGA) , bet galu galā datiem ir jāpārveido par analogo signālu, lai mijiedarbotos ar reālo pasauli.
Pamata digitālais līdz analogais pārveidotājs
D / A pārveidotāju arhitektūras
Digitālai analogai pārveidošanai parasti tiek izmantotas divas metodes: svērto rezistoru metode, bet otrā tiek izmantota R-2R kāpņu tīkla metode.
DAC, izmantojot svērto rezistoru metodi
Zemāk parādītā shematiskā diagramma ir DAC, izmantojot svērtos rezistorus. DAC pamatdarbība ir spēja pievienot ievades, kas galu galā atbildīs dažādu digitālās ievades bitu ieguldījumam. Sprieguma domēnā, tas ir, ja ieejas signāli ir spriegumi, bināro bitu pievienošanu var panākt, izmantojot invertējošo summējošais pastiprinātājs parādīts zemāk redzamajā attēlā.
Binārie svērtie rezistori DAC
Sprieguma jomā, tas ir, ja ieejas signāli ir spriegumi, bināro bitu pievienošanu var panākt, izmantojot apgriezto summēšanas pastiprinātāju, kas parādīts iepriekšējā attēlā.
Ieejas rezistori op-amp to pretestības vērtības tiek svērtas binārā formātā. Kad uztver bināro 1, slēdzis savieno rezistoru ar atskaites spriegumu. Kad loģiskā shēma saņem bināro 0, slēdzis savieno rezistoru ar zemi. Visi digitālās ievades biti vienlaikus tiek izmantoti DAC.
DAC ģenerē analogo izejas spriegumu, kas atbilst dotajam ciparu datu signālam. DAC digitālais spriegums ir b3 b2 b1 b0, kur katrs bits ir binārā vērtība (0 vai 1). Izvades pusē radītais izejas spriegums ir
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Tā kā digitālā ieejas spriegumā palielinās bitu skaits, rezistora vērtību diapazons kļūst liels un attiecīgi precizitāte kļūst slikta.
R-2R Ladder Digital to Analog Converter (DAC)
R-2R kāpņu DAC, kas konstruēts kā binārā svērtā DAC, kas izmanto rezistoru vērtību R un 2R atkārtotu kaskādes struktūru. Tas uzlabo precizitāti, pateicoties relatīvi vienkāršai vienādu vērtīgu rezistoru (vai strāvas avotu) ražošanai.
R-2R Ladder Digital to Analog Converter (DAC)
Iepriekš redzamajā attēlā parādīti 4 bitu R-2R kāpņu DAC. Lai sasniegtu augsta līmeņa precizitāti, mēs esam izvēlējušies rezistora vērtības kā R un 2R. Ļaujiet binārā vērtība B3 B2 B1 B0, ja b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, tad ķēde ir parādīta zemāk redzamajā attēlā, tā ir iepriekšminētās DAC ķēdes vienkāršota forma. Izejas spriegums ir V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
Līdzīgi, ja b2 = 1 un b3 = b1 = b0 = 0, tad izejas spriegums ir V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 un ķēde ir vienkāršota, kā norādīts zemāk
Ja b1 = 1 un b2 = b3 = b0 = 0, tad ķēde, kas parādīta zemāk redzamajā attēlā, ir iepriekš minētās DAC ķēdes vienkāršota forma. Izejas spriegums ir V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Visbeidzot, ķēde ir parādīta zemāk, kas atbilst gadījumam, kur b0 = 1 un b2 = b3 = b1 = 0. Izejas spriegums ir V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
Tādā veidā mēs varam atrast, ka tad, kad ieejas dati ir b3b2b1b0 (kur atsevišķi biti ir vai nu 0, vai 1), tad izejas spriegums ir
Digital to Analog Converter lietojumi
DAC tiek izmantoti daudzās ciparu signālu apstrādes lietojumprogrammās un daudzās citās lietojumprogrammās. Dažas no svarīgākajām lietojumprogrammām tiek apspriestas tālāk.
Audio pastiprinātājs
DAC tiek izmantoti, lai radītu līdzstrāvas sprieguma pieaugumu ar mikrokontrolleru komandām. Bieži vien DAC tiks integrēts visā audio kodekā, kas ietver signāla apstrādes funkcijas.
Video kodētājs
Video kodētāja sistēma apstrādās video signālu un nosūtīs ciparu signālus dažādiem DAC, lai radītu dažādu formātu analogus video signālus, kā arī optimizētu izejas līmeņus. Tāpat kā audio kodekos, arī šajos IC var būt integrēti DAC.
Displeja elektronika
Grafiskais kontrolieris parasti izmantos uzmeklēšanas tabulu, lai ģenerētu datu signālus, kas nosūtīti uz video DAC analogajām izejām, piemēram, sarkanajiem, zaļajiem, zilajiem (RGB) signāliem, lai vadītu displeju.
Datu iegūšanas sistēmas
Mērāmos datus digitalizē ar analogo-ciparu pārveidotāju (ADC) un pēc tam nosūta procesoram. Datu iegūšana ietvers arī procesa vadības beigas, kurās procesors nosūta atgriezeniskās saites datus DAC pārveidošanai par analogajiem signāliem.
Kalibrēšana
DAC nodrošina dinamisku kalibrēšanu pastiprināšanai un sprieguma nobīdei, lai nodrošinātu precizitāti testa un mērīšanas sistēmās.
Motora vadība
Daudzām motora vadības ierīcēm ir nepieciešama sprieguma vadības signāli , un DAC ir ideāli piemērots šai lietojumprogrammai, kuru var vadīt procesors vai kontrolieris.
Motora vadības lietojumprogramma
Datu izplatīšanas sistēma
Daudzām rūpniecības un rūpnīcas līnijām nepieciešami vairāki programmējami sprieguma avoti, un to var ģenerēt multipleksēto DAC banka. DAC izmantošana ļauj dinamiski mainīt spriegumus sistēmas darbības laikā.
Digitālais potenciometrs
Gandrīz visi digitālie potenciometri ir balstīti uz virknes DAC arhitektūru. Ar zināmu rezistora / slēdža masīva reorganizāciju un pievienošanu ar I2C saderīgu saskarni , var ieviest pilnībā digitālu potenciometru.
Radio programmatūra
DAC tiek izmantots ar ciparu signālu procesoru (DSP), lai pārveidotu signālu analogā, lai to pārraidītu maisītāja ķēdē, un pēc tam uz radio jaudas pastiprinātājs un raidītājs.
Tādējādi šajā rakstā tiek apspriests digitālais uz analogo pārveidotāju un tā lietojumiem. Mēs ceram, ka esat labāk izpratis šo koncepciju. Turklāt, ja rodas jautājumi par šo koncepciju vai elektrisko un elektronisko projektu īstenošanu, lūdzu, sniedziet savus vērtīgos ieteikumus, komentējot tālāk komentāru sadaļā. Šeit ir jautājums jums, Kā mēs varam pārvarēt slikto precizitāti binārā svērtā rezistora DAC?
