Kodėl mums reikia duomenų keitiklių? Realiame pasaulyje dauguma duomenų yra analogiško pobūdžio. Mes turime dviejų tipų keitiklius analoginis į skaitmeninį keitiklį ir skaitmeninis į analoginį keitiklį. Manipuliuojant duomenimis, šios dvi konvertavimo sąsajos yra būtinos skaitmeninei elektroninei įrangai ir analoginiam elektriniam įrenginiui, kurį procesorius turi apdoroti, kad būtų užtikrinta reikalinga operacija.
Pavyzdžiui, paimkite žemiau pateiktą DSP iliustraciją: ADC konvertuoja analoginius duomenis, surinktus garso įvesties įrangos, pavyzdžiui, mikrofono (jutiklio), į skaitmeninį signalą, kurį gali apdoroti kompiuteris. Kompiuteris gali pridėti garso efektų. Dabar DAC grąžins skaitmeninį garso signalą atgal į analoginį signalą, kurį naudoja garso išvesties įranga, pavyzdžiui, garsiakalbis.
Garso signalo apdorojimas
Skaitmeninis į analoginį keitiklį (DAC)
„Digital to Analog Converter“ (DAC) yra įrenginys, kuris skaitmeninius duomenis paverčia analoginiu signalu. Remiantis Nyquist-Shannon atrankos teorema, bet kokius atrinktus duomenis galima puikiai atkurti pagal pralaidumo ir Nyquist kriterijus.
DAC gali tiksliai atkurti atrinktus duomenis į analoginį signalą. Skaitmeniniai duomenys gali būti gaunami iš mikroprocesoriaus, programos specifinio integrinio grandyno (ASIC) arba Lauke programuojamas vartų masyvas (FPGA) , bet galiausiai duomenis reikia konvertuoti į analoginį signalą, kad būtų galima sąveikauti su realiu pasauliu.
Pagrindinis „Digital to Analog Converter“
D / A keitiklio architektūros
Yra du metodai, paprastai naudojami skaitmeninei į analoginę konversijai: svertinių rezistorių metodas, o kitas - R-2R kopėčių tinklo metodą.
DAC naudojant svertinių rezistorių metodą
Žemiau parodyta schema yra DAC, naudojant svertinius rezistorius. Pagrindinė DAC operacija yra galimybė pridėti įvestis, kurios galiausiai atitiks įvairių skaitmeninio įvesties bitų indėlį. Įtampos srityje, ty jei įvesties signalai yra įtampos, dvejetainiai bitai gali būti pridėti naudojant invertuojantį sumuojantis stiprintuvas parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.
Dvejetainiai svertiniai rezistoriai DAC
Įtampos srityje, ty jei įvesties signalai yra įtampos, dvejetainiai bitai gali būti pridėti naudojant apverstą sumavimo stiprintuvą, parodytą aukščiau esančiame paveikslėlyje.
Įėjimo rezistoriai op-amp jų pasipriešinimo vertės svertos dvejetainiu formatu. Kai gaunamas dvejetainis 1 jungiklis sujungia rezistorių su etalonine įtampa. Kai loginė grandinė gauna dvejetainį 0, jungiklis sujungia rezistorių su žeme. Visi skaitmeniniai įvesties bitai vienu metu pritaikomi DAC.
DAC sukuria analoginę išėjimo įtampą, atitinkančią nurodytą skaitmeninį duomenų signalą. DAC nustatyta skaitmeninė įtampa yra b3 b2 b1 b0, kur kiekvienas bitas yra dvejetainė reikšmė (0 arba 1). Išėjimo įtampa, sukurta išėjimo pusėje, yra
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Didėjant skaitmeninės įėjimo įtampos bitų skaičiui, rezistoriaus reikšmių diapazonas tampa didelis, todėl tikslumas tampa prastas.
„R-2R Ladder Digital to Analog Converter“ (DAC)
R-2R kopėčių DAC sukonstruotas kaip dvejetainis svertinis DAC, kuris naudoja pasikartojančią kaskadinę rezistorių reikšmių R ir 2R struktūrą. Tai pagerina tikslumą dėl santykinio paprasto rezistoriaus (arba srovės šaltinio) gamybos paprastumo.
„R-2R Ladder Digital to Analog Converter“ (DAC)
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta 4 bitų R-2R kopėčių DAC. Norėdami pasiekti aukšto lygio tikslumą, mes pasirinkome rezistoriaus vertes kaip R ir 2R. Tegul binarinė vertė B3 B2 B1 B0, jei b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, tada grandinė parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje. Tai yra supaprastinta pirmiau nurodytos DAC grandinės forma. Išėjimo įtampa yra V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
Panašiai, jei b2 = 1 ir b3 = b1 = b0 = 0, tada išėjimo įtampa yra V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4, o grandinė supaprastinta taip, kaip nurodyta toliau
Jei b1 = 1 ir b2 = b3 = b0 = 0, tai žemiau esančiame paveiksle pavaizduota grandinė yra supaprastinta pirmiau nurodytos DAC grandinės forma. Išėjimo įtampa yra V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Galiausiai grandinė parodyta žemiau, atitinkanti atvejį, kai b0 = 1 ir b2 = b3 = b1 = 0. Išėjimo įtampa yra V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
Tokiu būdu galime sužinoti, kad kai įvesties duomenys yra b3b2b1b0 (kai atskiri bitai yra 0 arba 1), tada išėjimo įtampa yra
„Digital to Analog Converter“ programos
DAC naudojami daugelyje skaitmeninio signalo apdorojimo programų ir daugelyje kitų programų. Kai kurios svarbios programos aptariamos toliau.
Garso stiprintuvas
DAC yra naudojami nuolatinės įtampos padidinimui gauti naudojant mikrovaldiklio komandas. Dažnai DAC bus integruotas į visą garso kodeką, kuris apima signalo apdorojimo funkcijas.
Vaizdo koduotojas
Vaizdo kodavimo sistema apdoros vaizdo signalą ir siųs skaitmeninius signalus į įvairius DAC, kad gautų įvairių formatų analoginius vaizdo signalus, kartu optimizuodama išvesties lygius. Kaip ir garso kodekuose, šiuose IC gali būti integruoti DAC.
Vaizdo elektronika
Grafinis valdiklis paprastai naudos paieškos lentelę, kad generuotų duomenų signalus, siunčiamus į vaizdo DAC analoginiams išėjimams, tokiems kaip raudonas, žalias, mėlynas (RGB) signalai, kad būtų rodomas ekranas.
Duomenų gavimo sistemos
Matuojami duomenys skaitmeninami analoginiu skaitmeniniu keitikliu (ADC) ir tada siunčiami procesoriui. Duomenų rinkimas taip pat apims proceso valdymo pabaigą, kai procesorius siunčia grįžtamojo ryšio duomenis į DAC, kad būtų galima konvertuoti į analoginius signalus.
Kalibravimas
DAC suteikia dinaminį kalibravimą stiprinimui ir įtampos poslinkiui, siekiant tikslumo bandymų ir matavimo sistemose.
Variklio valdymas
Daugeliui variklio valdiklių reikia įtampos valdymo signalai , o DAC yra idealus šiai programai, kurią gali valdyti procesorius ar valdiklis.
Variklio valdymo programa
Duomenų paskirstymo sistema
Daugeliui pramoninių ir gamyklinių linijų reikia kelių programuojamų įtampos šaltinių, ir tai gali sukurti daugkartinių DAC bankas. DAC naudojimas leidžia dinamiškai keisti įtampą veikiant sistemai.
Skaitmeninis potenciometras
Beveik visi skaitmeniniai potenciometrai yra pagrįsti eilutės DAC architektūra. Kai pertvarkius rezistoriaus / jungiklio matricą ir pridedant suderinama su „I2C“ sąsaja , galima įdiegti visiškai skaitmeninį potenciometrą.
Radijo programinė įranga
DAC naudojamas su skaitmeniniu signalo procesoriumi (DSP) konvertuoti signalą į analogą, perduodamą maišytuvo grandinėje, o tada į radijo imtuvą. galios stiprintuvas ir siųstuvas.
Taigi šiame straipsnyje aptariama skaitmeninis į analoginį keitiklį ir jo taikymo sritis. Tikimės, kad jūs geriau supratote šią koncepciją. Be to, jei turite klausimų, susijusių su šia koncepcija ar įgyvendinant elektrinius ir elektroninius projektus, pateikite savo vertingus pasiūlymus komentuodami toliau pateiktame komentarų skyriuje. Štai jums klausimas, Kaip mes galime įveikti prastą dvejetainio svertinio rezistoriaus DAC tikslumą?
