Perché abbiamo bisogno di convertitori di dati? Nel mondo reale, la maggior parte dei dati sono disponibili sotto forma di natura analogica. Abbiamo due tipi di convertitori convertitore da analogico a digitale e convertitore da digitale ad analogico. Durante la manipolazione dei dati, queste due interfacce di conversione sono essenziali per un'apparecchiatura elettronica digitale e un dispositivo elettrico analogico che deve essere elaborato da un processore per produrre l'operazione richiesta.
Ad esempio, prendi l'illustrazione DSP di seguito, un ADC converte i dati analogici raccolti da apparecchiature di ingresso audio come un microfono (sensore), in un segnale digitale che può essere elaborato da un computer. Il computer potrebbe aggiungere effetti sonori. Ora un DAC elaborerà il segnale audio digitale nel segnale analogico utilizzato da apparecchiature di uscita audio come un altoparlante.
Elaborazione del segnale audio
Convertitore da digitale ad analogico (DAC)
Il convertitore da digitale ad analogico (DAC) è un dispositivo che trasforma i dati digitali in un segnale analogico. Secondo il teorema di campionamento di Nyquist-Shannon, qualsiasi dato campionato può essere ricostruito perfettamente con larghezza di banda e criteri di Nyquist.
Un DAC può ricostruire con precisione i dati campionati in un segnale analogico. I dati digitali possono essere prodotti da un microprocessore, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) o Field Programmable Gate Array (FPGA) , ma alla fine i dati richiedono la conversione in un segnale analogico per interagire con il mondo reale.
Convertitore da digitale ad analogico di base
Architetture del convertitore D / A
Esistono due metodi comunemente usati per la conversione da digitale ad analogico: il metodo Resistori pesati e l'altro utilizza il metodo di rete ladder R-2R.
DAC utilizzando il metodo delle resistenze ponderate
Il diagramma schematico mostrato di seguito è un DAC che utilizza resistori pesati. Il funzionamento di base del DAC è la possibilità di aggiungere ingressi che alla fine corrisponderanno ai contributi dei vari bit dell'ingresso digitale. Nel dominio della tensione, cioè se i segnali di ingresso sono tensioni, l'aggiunta dei bit binari può essere ottenuta utilizzando l'inversione amplificatore sommatore mostrato nella figura sotto.
Resistori binari pesati DAC
Nel dominio della tensione, cioè se i segnali di ingresso sono tensioni, l'aggiunta dei bit binari può essere ottenuta utilizzando l'amplificatore sommatore invertente mostrato nella figura sopra.
Le resistenze di ingresso di amplificatore operazionale hanno i loro valori di resistenza pesati in un formato binario. Quando il binario di ricezione 1, l'interruttore collega il resistore alla tensione di riferimento. Quando il circuito logico riceve lo 0 binario, l'interruttore collega il resistore a terra. Tutti i bit degli ingressi digitali vengono applicati simultaneamente al DAC.
Il DAC genera una tensione di uscita analogica corrispondente al segnale di dati digitali fornito. Per il DAC la tensione digitale data è b3 b2 b1 b0 dove ogni bit è un valore binario (0 o 1). La tensione di uscita prodotta sul lato di uscita è
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Man mano che il numero di bit aumenta nella tensione di ingresso digitale, l'intervallo dei valori del resistore diventa ampio e, di conseguenza, la precisione diventa scarsa.
Convertitore da digitale ad analogico (DAC) Ladder R-2R
Il DAC ladder R-2R costruito come un DAC a peso binario che utilizza una struttura ripetuta in cascata dei valori di resistenza R e 2R. Ciò migliora la precisione grazie alla relativa facilità di produzione di resistori (o sorgenti di corrente) di pari valore.
Convertitore da digitale ad analogico (DAC) Ladder R-2R
La figura sopra mostra il DAC ladder R-2R a 4 bit. Per ottenere una precisione di alto livello, abbiamo scelto i valori del resistore come R e 2R. Lascia il valore binario B3 B2 B1 B0, se b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, quindi il circuito è mostrato nella figura sotto è una forma semplificata del circuito DAC sopra. La tensione di uscita è V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
Allo stesso modo, se b2 = 1 e b3 = b1 = b0 = 0, la tensione di uscita è V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 e il circuito è semplificato come di seguito
Se b1 = 1 e b2 = b3 = b0 = 0, il circuito mostrato nella figura sotto è una forma semplificata del circuito DAC sopra. La tensione di uscita è V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Infine, il circuito è mostrato di seguito corrispondente al caso in cui b0 = 1 e b2 = b3 = b1 = 0. La tensione di uscita è V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
In questo modo, possiamo scoprire che quando i dati di input sono b3b2b1b0 (dove i singoli bit sono 0 o 1), la tensione di uscita è
Applicazioni del convertitore da digitale ad analogico
I DAC vengono utilizzati in molte applicazioni di elaborazione del segnale digitale e in molte altre applicazioni. Alcune delle applicazioni importanti sono discusse di seguito.
Amplificatore audio
I DAC vengono utilizzati per produrre un guadagno di tensione CC con i comandi del microcontrollore. Spesso, il DAC verrà incorporato in un intero codec audio che include funzionalità di elaborazione del segnale.
Codificatore video
Il sistema di codifica video elaborerà un segnale video e invierà segnali digitali a una varietà di DAC per produrre segnali video analogici di vari formati, insieme all'ottimizzazione dei livelli di uscita. Come con i codec audio, questi circuiti integrati possono avere DAC integrati.
Display Electronics
Il controller grafico utilizzerà generalmente una tabella di ricerca per generare segnali di dati inviati a un DAC video per uscite analogiche come segnali rosso, verde, blu (RGB) per pilotare un display.
Sistemi di acquisizione dati
I dati da misurare vengono digitalizzati da un convertitore analogico-digitale (ADC) e quindi inviati a un processore. L'acquisizione dei dati includerà anche un'estremità di controllo del processo, in cui il processore invia i dati di feedback a un DAC per la conversione in segnali analogici.
Calibrazione
Il DAC fornisce calibrazione dinamica per guadagno e offset di tensione per la precisione nei sistemi di test e misurazione.
Controllo del motore
Molti controlli motore richiedono segnali di controllo della tensione e un DAC è l'ideale per questa applicazione che può essere pilotata da un processore o controller.
Applicazione di controllo del motore
Sistema di distribuzione dei dati
Molte linee industriali e di fabbrica richiedono più sorgenti di tensione programmabili e questo può essere generato da un banco di DAC multiplexati. L'uso di un DAC consente la variazione dinamica delle tensioni durante il funzionamento di un sistema.
Potenziometro digitale
Quasi tutto potenziometri digitali sono basati sull'architettura DAC di stringa. Con qualche riorganizzazione dell'array di resistori / interruttori e l'aggiunta di un'interfaccia compatibile con I2C , è possibile implementare un potenziometro completamente digitale.
Software radio
Un DAC viene utilizzato con un DSP (Digital Signal Processor) per convertire un segnale in analogico per la trasmissione nel circuito del mixer, e quindi alla radio amplificatore di potenza e trasmettitore.
Quindi, questo articolo discute convertitore da digitale ad analogico e le sue applicazioni. Ci auguriamo che tu abbia una migliore comprensione di questo concetto. Inoltre, qualsiasi domanda riguardante questo concetto o l'implementazione di progetti elettrici ed elettronici, si prega di dare i vostri preziosi suggerimenti commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, Come possiamo superare la scarsa precisione del DAC con resistore binario ponderato?
