Per què necessitem convertidors de dades? Al món real, la majoria de les dades estan disponibles en forma analògica. Disposem de dos tipus de convertidors convertidor analògic a digital i convertidor digital a analògic. Mentre es manipulen les dades, aquestes dues interfícies de conversió són essencials per a equips electrònics digitals i un dispositiu elèctric analògic que un processador processa per tal de produir el funcionament necessari.
Per exemple, preneu la il·lustració DSP següent, un ADC converteix les dades analògiques recollides per equips d’entrada d’àudio com un micròfon (sensor) en un senyal digital que pot processar un ordinador. L'ordinador pot afegir efectes de so. Ara un DAC processarà el senyal de so digital de nou al senyal analògic que utilitzen els equips de sortida d’àudio, com ara un altaveu.
Processament del senyal d'àudio
Convertidor digital a analògic (DAC)
El convertidor digital a analògic (DAC) és un dispositiu que transforma les dades digitals en un senyal analògic. Segons el teorema de mostreig de Nyquist-Shannon, qualsevol dada de mostra es pot reconstruir perfectament amb criteris d’amplada de banda i Nyquist.
Un DAC pot reconstruir les dades de la mostra en un senyal analògic amb precisió. Les dades digitals es poden produir a partir d'un microprocessador, un circuit integrat específic d'aplicació (ASIC), o bé Matriu de portes programables de camp (FPGA) , però, en última instància, les dades requereixen la conversió a un senyal analògic per interactuar amb el món real.
Convertidor bàsic de digital a analògic
Arquitectures del convertidor D / A
Hi ha dos mètodes que s’utilitzen habitualment per a la conversió digital a analògica: el mètode de resistències ponderades i l’altre utilitza el mètode de xarxa d’escales R-2R.
DAC mitjançant el mètode de resistències ponderades
El diagrama esquemàtic que es mostra a continuació és DAC mitjançant resistències ponderades. El funcionament bàsic del DAC és la possibilitat d’afegir entrades que finalment es correspondran amb les aportacions dels diversos bits de l’entrada digital. En el domini de la tensió, és a dir, si els senyals d'entrada són voltatges, es pot aconseguir l'addició dels bits binaris mitjançant la inversió amplificador sumatori que es mostra a la figura següent.
Resistències ponderades binàries DAC
En el domini de la tensió, és a dir, si els senyals d’entrada són voltatges, es pot aconseguir l’addició dels bits binaris mitjançant l’amplificador de suma inversa mostrat a la figura anterior.
Les resistències d 'entrada del amplificador operatiu tenen els seus valors de resistència ponderats en un format binari. Quan el binari receptor 1 el commutador connecta la resistència a la tensió de referència. Quan el circuit lògic rep el binari 0, el commutador connecta la resistència a terra. Tots els bits d'entrada digitals s'apliquen simultàniament al DAC.
El DAC genera un voltatge de sortida analògic corresponent al senyal de dades digital donat. Per al DAC, la tensió digital donada és b3 b2 b1 b0 on cada bit és un valor binari (0 o 1). El voltatge de sortida produït al costat de sortida és
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
A mesura que el nombre de bits augmenta en el voltatge d'entrada digital, l'interval dels valors de la resistència es fa gran i, per tant, la precisió es fa pobra.
Convertidor digital a analògic (DAC) R-2R Ladder
El DAC d'escala R-2R construït com un DAC ponderat binari que utilitza una estructura en cascada que repeteix els valors de resistència R i 2R. Això millora la precisió a causa de la facilitat relativa de produir resistències iguals valorades (o fonts de corrent).
Convertidor digital a analògic (DAC) R-2R Ladder
La figura anterior mostra el DAC d’escala R-2R de 4 bits. Per tal d’aconseguir una precisió d’alt nivell, hem escollit els valors de la resistència com R i 2R. Sigui el valor binari B3 B2 B1 B0, si b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, llavors el circuit es mostra a la figura següent: és una forma simplificada del circuit DAC anterior. La tensió de sortida és V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
De la mateixa manera, si b2 = 1 i b3 = b1 = b0 = 0, la tensió de sortida és V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 i el circuit es simplifica com es mostra a continuació
Si b1 = 1 i b2 = b3 = b0 = 0, el circuit que es mostra a la figura següent és una forma simplificada del circuit DAC anterior. La tensió de sortida és V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Finalment, el circuit es mostra a continuació corresponent al cas on b0 = 1 i b2 = b3 = b1 = 0. La tensió de sortida és V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
D’aquesta manera, podem trobar que quan les dades d’entrada són b3b2b1b0 (on els bits individuals són 0 o 1), la tensió de sortida és
Aplicacions del convertidor digital a analògic
Els DAC s’utilitzen en moltes aplicacions de processament de senyals digitals i en moltes altres aplicacions. Algunes de les aplicacions importants es comenten a continuació.
Amplificador d'àudio
Els DAC s’utilitzen per produir guany de tensió de CC amb ordres de microcontrolador. Sovint, el DAC s'incorporarà a tot un còdec d'àudio que inclou funcions de processament de senyal.
Codificador de vídeo
El sistema de codificació de vídeo processarà un senyal de vídeo i enviarà senyals digitals a diversos DAC per produir senyals de vídeo analògics de diversos formats, juntament amb l’optimització dels nivells de sortida. Igual que amb els còdecs d’àudio, aquests circuits integrats poden tenir DAC integrats.
Electrònica de visualització
Normalment, el controlador gràfic utilitzarà una taula de cerca per generar senyals de dades enviades a un DAC de vídeo per a sortides analògiques com ara senyals vermells, verds, blaus (RGB) per conduir una pantalla.
Sistemes d’adquisició de dades
Les dades a mesurar es digitalitzen mitjançant un convertidor analògic a digital (ADC) i després s’envien a un processador. L'adquisició de dades també inclourà un extrem de control de procés, en el qual el processador envia dades de retroalimentació a un DAC per convertir-los en senyals analògics.
Calibratge
El DAC proporciona un calibratge dinàmic per a la compensació de guanys i tensions per a la precisió en sistemes de prova i mesura.
motor Control
Molts controls del motor requereixen senyals de control de tensió , i un DAC és ideal per a aquesta aplicació que pot ser pilotada per un processador o controlador.
Aplicació de control del motor
Sistema de distribució de dades
Moltes línies industrials i de fàbrica requereixen múltiples fonts de voltatge programables, i això pot ser generat per un banc de DAC multiplexat. L’ús d’un DAC permet el canvi dinàmic de tensions durant el funcionament d’un sistema.
Potenciòmetre digital
Gairebé tots potenciòmetres digitals es basen en l'arquitectura DAC de cadena. Amb una certa reorganització de la matriu de resistències / commutadors, i l'addició de una interfície compatible amb I2C , es pot implementar un potenciòmetre totalment digital.
programari Ràdio
S’utilitza un DAC amb un processador de senyal digital (DSP) per convertir un senyal en analògic per a la transmissió al circuit del mesclador i després al amplificador de potència i transmissor.
Per tant, aquest article tracta convertidor digital a analògic i les seves aplicacions. Esperem que tingueu una millor comprensió d’aquest concepte. A més, per a qualsevol consulta sobre aquest concepte o per implementar projectes elèctrics i electrònics, doneu els vostres valuosos suggeriments comentant-los a la secció de comentaris següent. Aquí teniu una pregunta, Com podem superar la poca precisió del DAC de resistència ponderada binària?
