Digitális-analóg konverter (DAC): típusok, 5 felhasználási mód

tartalom

· Digitális-analóg konverter (DAC)

· Digitális-analóg átalakító működése

· A digitális-analóg átalakító elektromos jele

· A digitális-analóg átalakítók típusai

· Digitális-analóg konverter alkalmazásai

· A digitális-analóg konverter (DAC) előnyei és hátrányai

Digitális-analóg átalakító (DAC)

A digitális-analóg konverter olyan elektronikus eszköz, amely átalakítási műveletet végez. Ahogy a neve is sugallja, a digitális bemeneti jelet analóg kimeneti jellé alakítja. A digitális jelek, például a digitalizált zene analóg hangokká alakíthatók digitális-analóg konverter segítségével. Ez az adatátalakítók egyik fajtája.

A digitális-analóg konverter más néven DAC, d konverter, dac konverter, D/A konverter stb. Az analóg-digitális konverter (ADC) a fordított műveletet végzi. A DAC-ra szinte minden alkalommal szükség van az áramkörben, amikor csak szükség van rá ADC.

Ismerje meg az analóg-digitális átalakítót!

Digitális-analóg átalakító működése

A digitális-analóg konverter egy olyan berendezés, amely digitális-analóg átalakítására szolgál. A digitális jel az időben diszkrét és az amplitúdójelben diszkrét. Ugyanakkor az analóg jelet időfolytonos és folyamatos amplitúdójú jelként határozzuk meg. A DAC egy fixpontos bináris számot (absztrakt megfelelő pontosságú számot) rejtett el egy fizikai mérésben.

A az átalakítás több lépésből áll benne. Egy tipikus digitális-analóg konverter az absztrakt adatokat koncepcionális impulzussorozatokká alakítja. Ezután a sorozatot egy rekonstrukciós szűrő segítségével dolgozzák fel. 

Egy digitális-analóg átalakító a Nyquist-Shannon mintavételi tételen alapul. Kimondja, hogy – egy bemeneti jel visszaállítható a mintavételezett kimenetéből, ha a mintavételezési frekvencia kétszer nagyobb vagy egyenlő, mint a bemeneti jelben jelen lévő legmagasabb frekvenciájú komponens.

A digitális-analóg konverter teljesítményének mérésére számos paraméter áll rendelkezésre. A kimenő jel sávszélessége, a jel/zaj arány néhány paraméter.

A DAC elektromos szimbóluma

Az alábbi szimbólum egy digitális-analóg átalakítót jelöl.

Pillanatkép 2021 05 22 182437
A digitális-analóg konverter szimbóluma

A digitális-analóg konverterek típusai

A digitális bemeneti bitek analóg jelekké való átalakítása különböző folyamatokkal valósítható meg. Beszéljünk néhány típusról -

A. DAC a súlyozott ellenállások módszerével

Kezdjük egy 4 bites digitális számmal. Átalakítjuk analógra. Legyen a digitális szám – B3B2B1B0

Digitális-analóg átalakító
Bináris digitális-analóg átalakítás. Kép forrása – Giacomo Alessandroni készítő QS:P170,Q100973368, Digitale-Analogico átalakító egy 4 bites reti pesateCC BY-SA 4.0

A decimális ekvivalens – N = 23B3+22B2+21B2+20B0

Itt B3 a legjelentősebb számjegy (MSB), míg a B0 a legkisebb jelentőségű számjegy (LSB). Az áramkör itt úgy működik, hogy a bitpozíciók szerint súlyozott analóg kimeneti jelet állít elő, és összeadja azokat.

Az áramkörben logikai feszültségek, amelyek a bináris bemenetet képviselik, kapcsolók segítségével kapcsolódnak a megfelelő ellenállásokra. Az áramkörök ellenállásai (kivéve az R visszacsatoló ellenállástf) súlyozottan kapcsoljuk össze úgy, hogy az egymást követő arány 2 legyen. Azaz – R0 / R1 = R1 / R2 = R2 / R3 = 2. Az ellenállások szintén fordítottan arányosak a megfelelő bináris bit numerikus jelentőségével.

Ha a bináris bit nulla (0), a kapcsoló BE van kapcsolva, és a földeléshez kapcsolódik. Ha a bináris bit egy (1), a vezérlő zárva van és a V referenciafeszültségre van csatlakoztatvaR.

Az i áram, amely a nem invertáló terminálra kerül, a következő:

i = VR * (B3 / R3 +B2 / R2 +B1 / R1 +B0 / R)

Az R értékeinek behelyettesítése0, R1, R2, R3 kapunk -

i = (VR / R) * (23B3+22B2+21B2+20B0 )

Mivel G virtuális föld, a v kimeneti feszültségo =

Vo = -i * Rf = – ( VR / R ) * Rf * (23B3+22B2+21B2+20B0 )

Most már megfigyelhetjük, hogy a kimeneti feszültség arányos a számértékével bináris számjegyek.

A DAC pontossága függ az ellenállások arányától és attól, hogy képesek-e követni egymást, ha a hőmérséklet változik.

Az ilyen típusú digitális-analóg átalakítóknak van néhány hátránya. Ha a bináris bemenet nagyszámú bitből áll, akkor az átalakító felépítéséhez az ellenállások széles skálája szükséges. Az R-2R létra típusú konverter kiküszöböli ezt a hátrányt.

B. R – 2R létra típusú DAC

Az ellenállások létrája egy bináris szót analóggá alakíthat. Az ilyen típusú DAC-ok R – 2R létra típusú konverterekként ismertek.

r 2r létra dac
R – 2 R Ladder Type Digitális analóg átalakítás. Kép forrása – Wiki Analóg

Az áramkör működésének megértéséhez tegyük fel, hogy a B0 kapocs a VR-hez van kötve, a többi kapocs (B1, B2, B3) pedig a földhöz van kötve. Az így kapott ábra az áramkörben látható -

Thevenin tételét alkalmazzuk a földre vonatkozó a0, a1, a2, a3 csomópontokra. Megkapjuk a Thevenin ekvivalens áramkörét, amelyet az alábbi tanfolyamon mutatunk be:

Az egyenértékű forrás VR/16 feszültségű sorba kapcsolva 3R ellenállással.

Ismét, ha a B1 kapocs csatlakozik a Vr-hez és a B0, B2, B3 kapcsok a földhöz vannak kötve, akkor Thevenin tételét alkalmazva is kimutatható, hogy a forrás VR /8 feszültsége sorba van kapcsolva 3R ellenállással.

Hasonlóképpen, ha a B2 VR-hez van kötve, és a nyugalmi bemenetek a földhöz vannak kötve, azt fogjuk tapasztalni, hogy a Thevenin egyenértékű áramkörének VR / 4 forrásfeszültsége van sorosan 3R ellenállással.

Ugyanez vonatkozik a B3 VR kapcsolatára. Az egyenértékű áramkör a forrásfeszültséget VR / 2-ként, a soros ellenállást pedig 3R-ként adja meg.

A szuperpozíció elve alapján kapott i áram – 

i = ( Vr / 3R ) * ( B0/16 + B1/8 + B2/4 + B3/2 )

Mivel G virtuális föld, a v kimeneti feszültségo =

Vo = -i * Rf = – ( VR / R ) * Rf * (B0/23+B1/22+B2/21+B3/20)

Az egyenlet így jön:

Vo = -i * Rf = – ( VR / 48R ) * Rf * (23B3+22B2+21B2+20B0 )

Itt és most észrevehetjük, hogy a kimenő feszültség arányos a bináris számjegyek számértékével. Ez az áramkör könnyen konvertálhat nagy bináris számjegyeket, mivel könnyen bővíthető. Csak további kapcsolókat és extra ellenállásokat kell hozzáadnunk a létrához.

A digitális-analóg átalakítók egyik alapvető tulajdonsága, hogy az áramkör legkisebb változása határozza meg a felbontását.

A digitális-analóg konverter alkalmazásai

A modern korban nagy az igény a digitalizált adatok iránt. Éppen ezért egyre nagyobb az igény az analóg-digitális átalakítók iránt. De szem előtt kell tartanunk, hogy mindennapi életünkben analóg jeleket használunk, és a világ analóg. Tehát, amikor szükségünk van egy analóg-digitális átalakítóra, szükségünk van egy digitális-analóg átalakítóra. Mind a DAC-k, mind az ADC-k járultak hozzá leginkább a digitális forradalomhoz.

330 képpontos konverziós AD DA
A DAC és az ADC általános folyamata. Kép forrása – MegodenasÁtalakítás AD DA, közkincsként megjelölve, további részletek a Wikimedia Commons

Vegyünk egy valós példát, hogy megértsük szükségüket. Fontolja meg a telefonhívást. Először a hívó beszélni kezd. A beszéd analóg jel, amelyet analóg-digitális konverter vagy ADC segítségével digitális jellé alakítanak át. Amikor a digitalizált jelet a vevő végére továbbítják, ismét analóg jellé kell alakítani; ellenkező esetben a fogadó nem fogja megérteni a küldött adatokat. Itt egy digitális-analóg átalakító szolgálja a célt.

Hangfeldolgozás:

A zenét és más hanganyagokat a digitalizáció mai korában digitalizált formátumban tárolják. Ha hangszóróban vagy fejhallgatóban kell hallanunk őket, akkor a digitalizált formát analóg jellé kell alakítani. Ezért a DAC minden olyan eszközben megtalálható, amely képes zenét lejátszani, mint például MP3 zenelejátszó, DVD lejátszó, CD lejátszó, laptopok, mobiltelefonok stb.

A csúcskategóriás hi-fi rendszerek speciális, önálló DAC-okat használnak. Hasonló DAC-ok találhatók a modern digitális hangszórókban, például USB hangszórókban, hangkártyákban stb.

Az IP-alapú hangkommunikációban a forrás digitalizálva van. Ezért DAC-ra van szükség ahhoz, hogy a digitalizált részt analóg jellé alakítsuk át.

Videokódolás:

A videokódoló rendszer videojelet dolgoz fel, és digitális jeleket küld az IC-knek.

Digitális kijelző:

A grafikus vezérlő általában egy keresőtáblát használ az analóg kimenetekre küldött jelek, például RGB jelek generálására a kijelző meghajtására.

Kalibráció:

A digitális-analóg konverter képes dinamikus típusok kalibrálására, hogy növelje a tesztrendszer pontosságát.

Motor vezérlése:

A digitális-analóg átalakítókat olyan motorvezérlő eszközökben is használják, ahol feszültségvezérlő jelre van szükség.

A DAC-okat adatelosztó rendszerekben, digitális potenciométerben, szoftverrádióban és sok más helyen is használják.

A digitális-analóg konverter (DAC) előnyei és hátrányai

A DAC előnyei

Amint azt korábban említettük, a digitális-analóg konverter ugyanolyan fontos, mint az analóg-digitális konverter, túl sok pontot kell megvitatni. Minden elektromos és elektronikus eszköznek megvannak a maga előnyei és hátrányai. Ez alól a DAC sem kivétel. Néhány előnye:

  • A nagy digitális – bináris bemenetek könnyen analóg formájúvá alakíthatók.
  • Az egyik leggyorsabb átalakítási módszer.
  • Egyszerű áramkörök megvalósíthatók.

A DAC hátrányai

  • Az áramkörök drágák műveleti erősítők.
  • Néhány hiba, mint például – erősítési hiba, eltolási hiba, a nemlinearitást általában az áramkörben alkalmazott ellenállás okozza.
  • Nagy az energiaeloszlás.

Írj hozzászólást