Зачем нужны конвертеры данных? В реальном мире большинство данных доступно в виде аналоговых данных. У нас есть два типа конвертеров аналого-цифровой преобразователь и цифро-аналоговый преобразователь. При манипулировании данными эти два интерфейса преобразования необходимы для цифрового электронного оборудования и аналогового электрического устройства, которые должны обрабатываться процессором для выполнения требуемой операции.
Например, возьмите приведенную ниже иллюстрацию DSP: АЦП преобразует аналоговые данные, собранные оборудованием ввода звука, таким как микрофон (датчик), в цифровой сигнал, который может обрабатываться компьютером. Компьютер может добавлять звуковые эффекты. Теперь ЦАП преобразует цифровой звуковой сигнал обратно в аналоговый сигнал, который используется оборудованием вывода звука, например динамиком.
Обработка аудиосигнала
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) - это устройство, преобразующее цифровые данные в аналоговый сигнал. Согласно теореме выборки Найквиста-Шеннона, любые данные выборки могут быть идеально восстановлены с использованием полосы пропускания и критериев Найквиста.
ЦАП может с точностью преобразовывать дискретизированные данные в аналоговый сигнал. Цифровые данные могут быть получены с помощью микропроцессора, специализированной интегральной схемы (ASIC) или Программируемая вентильная матрица (ПЛИС) , но в конечном итоге данные требуют преобразования в аналоговый сигнал для взаимодействия с реальным миром.
Базовый цифро-аналоговый преобразователь
Архитектуры ЦАП
Для цифроаналогового преобразования обычно используются два метода: метод взвешенных резисторов и метод лестничной диаграммы R-2R.
ЦАП с использованием метода взвешенных резисторов
На приведенной ниже принципиальной схеме показан ЦАП с взвешенными резисторами. Основная операция ЦАП - это возможность добавлять входы, которые в конечном итоге будут соответствовать вкладам различных битов цифрового входа. В области напряжения, то есть если входными сигналами являются напряжения, сложение двоичных разрядов может быть достигнуто с помощью инвертирования. суммирующий усилитель показано на рисунке ниже.
Двоичные весовые резисторы DAC
В области напряжения, то есть если входными сигналами являются напряжения, сложение двоичных разрядов может быть достигнуто с помощью инвертирующего суммирующего усилителя, показанного на рисунке выше.
Входные резисторы операционный усилитель имеют значения сопротивления, взвешенные в двоичном формате. Когда прием бинарные 1 переключатель соединяет резистор к опорному напряжению. Когда логическая схема получает двоичный 0, переключатель подключает резистор к земле. Все биты цифрового входа одновременно подаются на ЦАП.
ЦАП генерирует аналоговое выходное напряжение, соответствующее заданному сигналу цифровых данных. Для ЦАП заданное цифровое напряжение равно b3 b2 b1 b0, где каждый бит является двоичным значением (0 или 1). Выходное напряжение, создаваемое на выходной стороне, равно
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
По мере увеличения числа битов цифрового входного напряжения диапазон значений резистора становится большим и, соответственно, точность становится низкой.
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) лестничного типа R-2R
Релейный ЦАП R-2R построен как двоично-взвешенный ЦАП, в котором используется повторяющаяся каскадная структура значений резисторов R и 2R. Это улучшает точность из-за относительной простоты изготовления резисторов с одинаковым номиналом (или источников тока).
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) лестничного типа R-2R
На приведенном выше рисунке показан 4-битный лестничный ЦАП R-2R. Для достижения высокой точности мы выбрали номиналы резистора R и 2R. Пусть двоичное значение B3 B2 B1 B0, если b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, то схема, показанная на рисунке ниже, представляет собой упрощенный вид указанной выше схемы ЦАП. Выходное напряжение V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2.
Аналогично, если b2 = 1 и b3 = b1 = b0 = 0, то выходное напряжение равно V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4, и схема упрощается, как показано ниже.
Если b1 = 1 и b2 = b3 = b0 = 0, то схема, показанная на рисунке ниже, является упрощенной формой указанной выше схемы ЦАП. Выходное напряжение V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Наконец, ниже показана схема, соответствующая случаю, когда b0 = 1 и b2 = b3 = b1 = 0. Выходное напряжение V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
Таким образом, мы можем обнаружить, что когда входными данными являются b3b2b1b0 (где отдельные биты равны 0 или 1), то выходное напряжение равно
Применение цифро-аналогового преобразователя
ЦАП используются во многих приложениях для обработки цифровых сигналов и многих других. Некоторые из важных приложений обсуждаются ниже.
Усилитель звука
ЦАП используются для усиления постоянного напряжения с помощью команд микроконтроллера. Часто ЦАП включается в целый аудиокодек, который включает функции обработки сигналов.
Видео кодировщик
Система видеокодера будет обрабатывать видеосигнал и отправлять цифровые сигналы на различные ЦАП для создания аналоговых видеосигналов различных форматов наряду с оптимизацией выходных уровней. Как и в случае с аудиокодеками, эти ИС могут иметь интегрированные ЦАП.
Дисплейная электроника
Графический контроллер обычно использует справочную таблицу для генерации сигналов данных, отправляемых на видео ЦАП для аналоговых выходов, таких как красный, зеленый, синий (RGB) сигналы для управления дисплеем.
Системы сбора данных
Измеряемые данные оцифровываются аналого-цифровым преобразователем (АЦП), а затем отправляются в процессор. Сбор данных также будет включать в себя конец управления процессом, в котором процессор отправляет данные обратной связи в ЦАП для преобразования в аналоговые сигналы.
Калибровка
ЦАП обеспечивает динамическую калибровку усиления и смещения напряжения для обеспечения точности в испытательных и измерительных системах.
Блок управления двигателем
Многие элементы управления двигателем требуют сигналы контроля напряжения , и ЦАП идеально подходит для этого приложения, которым может управлять процессор или контроллер.
Приложение для управления двигателем
Система распределения данных
Многие промышленные и заводские линии требуют наличия нескольких программируемых источников напряжения, которые могут генерироваться группой мультиплексированных ЦАП. Использование ЦАП позволяет динамически изменять напряжения во время работы системы.
Цифровой потенциометр
Почти все цифровые потенциометры основаны на строковой архитектуре ЦАП. С некоторой реорганизацией матрицы резисторов / переключателей и добавлением интерфейс, совместимый с I2C можно реализовать полностью цифровой потенциометр.
Радио программное обеспечение
ЦАП используется с цифровым сигнальным процессором (DSP) для преобразования сигнала в аналоговый для передачи в схеме микшера, а затем в радиостанцию. усилитель мощности и передатчик.
Таким образом, в этой статье обсуждается цифро-аналоговый преобразователь и его приложения. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые вопросы относительно этой концепции или реализации электрических и электронных проектов, пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, Как мы можем преодолеть низкую точность ЦАП с двоичным взвешенным резистором?
