Warum brauchen wir Datenkonverter? In der realen Welt sind die meisten Daten in analoger Form verfügbar. Wir haben zwei Arten von Konvertern Analog-Digital-Wandler und Digital-Analog-Wandler. Während der Manipulation der Daten sind diese beiden Konvertierungsschnittstellen für digitale elektronische Geräte und ein analoges elektrisches Gerät wesentlich, die von einem Prozessor verarbeitet werden müssen, um den erforderlichen Betrieb zu erzeugen.
Nehmen Sie zum Beispiel die folgende DSP-Abbildung: Ein ADC wandelt die von Audioeingangsgeräten wie einem Mikrofon (Sensor) gesammelten analogen Daten in ein digitales Signal um, das von einem Computer verarbeitet werden kann. Der Computer kann Soundeffekte hinzufügen. Jetzt verarbeitet ein DAC das digitale Tonsignal zurück in das analoge Signal, das von Audioausgabegeräten wie einem Lautsprecher verwendet wird.
Audiosignalverarbeitung
Digital-Analog-Wandler (DAC)
Digital-Analog-Wandler (DAC) ist ein Gerät, das digitale Daten in ein analoges Signal umwandelt. Gemäß dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem können alle abgetasteten Daten mit Bandbreiten- und Nyquist-Kriterien perfekt rekonstruiert werden.
Ein DAC kann abgetastete Daten präzise in ein analoges Signal umwandeln. Die digitalen Daten können von einem Mikroprozessor, einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) oder einem ASIC erzeugt werden FPGA (Field Programmable Gate Array) Letztendlich erfordern die Daten jedoch die Umwandlung in ein analoges Signal, um mit der realen Welt zu interagieren.
Grundlegender Digital-Analog-Wandler
D / A-Konverterarchitekturen
Es gibt zwei Methoden, die üblicherweise für die Umwandlung von Digital in Analog verwendet werden: die Methode der gewichteten Widerstände und die andere Methode verwendet die R-2R-Leiternetzwerkmethode.
DAC unter Verwendung der Methode der gewichteten Widerstände
Das unten gezeigte schematische Diagramm ist ein DAC unter Verwendung gewichteter Widerstände. Die Grundoperation von DAC ist die Fähigkeit, Eingänge hinzuzufügen, die letztendlich den Beiträgen der verschiedenen Bits des digitalen Eingangs entsprechen. Im Spannungsbereich, dh wenn die Eingangssignale Spannungen sind, kann die Addition der Binärbits unter Verwendung der Invertierung erreicht werden Summierverstärker in der folgenden Abbildung gezeigt.
Binär gewichtete Widerstände DAC
Im Spannungsbereich, dh wenn die Eingangssignale Spannungen sind, kann die Addition der Binärbits unter Verwendung des in der obigen Abbildung gezeigten invertierenden Summierverstärkers erreicht werden.
Die Eingangswiderstände der Operationsverstärker Die Widerstandswerte werden in einem Binärformat gewichtet. Bei der empfangenden Binärdatei 1 verbindet der Schalter den Widerstand mit der Referenzspannung. Wenn die Logikschaltung eine binäre 0 empfängt, verbindet der Schalter den Widerstand mit Masse. Alle digitalen Eingangsbits werden gleichzeitig an den DAC angelegt.
Der DAC erzeugt eine analoge Ausgangsspannung, die dem gegebenen digitalen Datensignal entspricht. Für den DAC ist die gegebene digitale Spannung b3 b2 b1 b0, wobei jedes Bit ein Binärwert (0 oder 1) ist. Die auf der Ausgangsseite erzeugte Ausgangsspannung beträgt
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Wenn die Anzahl der Bits in der digitalen Eingangsspannung zunimmt, wird der Bereich der Widerstandswerte groß und dementsprechend wird die Genauigkeit schlecht.
R-2R Leiter Digital-Analog-Wandler (DAC)
Der R-2R-Leiter-DAC ist als binär gewichteter DAC aufgebaut, der eine sich wiederholende kaskadierte Struktur der Widerstandswerte R und 2R verwendet. Dies verbessert die Präzision aufgrund der relativ einfachen Herstellung gleichwertig angepasster Widerstände (oder Stromquellen).
R-2R Leiter Digital-Analog-Wandler (DAC)
Die obige Abbildung zeigt den 4-Bit-R-2R-Leiter-DAC. Um eine hohe Genauigkeit zu erreichen, haben wir die Widerstandswerte als R und 2R gewählt. Der Binärwert B3 B2 B1 B0, wenn b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, dann ist die Schaltung in der folgenden Abbildung gezeigt, es ist eine vereinfachte Form der obigen DAC-Schaltung. Die Ausgangsspannung beträgt V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
In ähnlicher Weise ist, wenn b2 = 1 und b3 = b1 = b0 = 0, die Ausgangsspannung V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 und die Schaltung wird wie folgt vereinfacht
Wenn b1 = 1 und b2 = b3 = b0 = 0 ist, ist die in der folgenden Abbildung gezeigte Schaltung eine vereinfachte Form der obigen DAC-Schaltung. Die Ausgangsspannung beträgt V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Schließlich ist die Schaltung unten gezeigt, die dem Fall entspricht, in dem b0 = 1 und b2 = b3 = b1 = 0 ist. Die Ausgangsspannung beträgt V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
Auf diese Weise können wir feststellen, dass die Ausgangsspannung ist, wenn die Eingangsdaten b3b2b1b0 sind (wobei einzelne Bits entweder 0 oder 1 sind)
Anwendungen von Digital-Analog-Wandlern
DACs werden in vielen digitalen Signalverarbeitungsanwendungen und vielen weiteren Anwendungen verwendet. Einige der wichtigen Anwendungen werden unten diskutiert.
Audio-Verstärker
DACs werden verwendet, um mit Mikrocontroller-Befehlen eine Gleichspannungsverstärkung zu erzeugen. Oft wird der DAC in einen gesamten Audio-Codec integriert, der Signalverarbeitungsfunktionen enthält.
Video Encoder
Das Video-Encoder-System verarbeitet ein Videosignal und sendet digitale Signale an eine Vielzahl von DACs, um analoge Videosignale in verschiedenen Formaten zu erzeugen und die Ausgangspegel zu optimieren. Wie bei Audio-Codecs verfügen diese ICs möglicherweise über integrierte DACs.
Elektronik anzeigen
Der Grafikcontroller verwendet normalerweise eine Nachschlagetabelle, um Datensignale zu erzeugen, die an einen Video-DAC für analoge Ausgänge wie Rot-, Grün-, Blau- (RGB-) Signale gesendet werden, um eine Anzeige anzusteuern.
Datenerfassungssysteme
Die zu messenden Daten werden von einem Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert und dann an einen Prozessor gesendet. Die Datenerfassung umfasst auch ein Prozesssteuerungsende, bei dem der Prozessor Rückkopplungsdaten an einen DAC sendet, um sie in analoge Signale umzuwandeln.
Kalibrierung
Der DAC bietet eine dynamische Kalibrierung für Verstärkung und Spannungsversatz für die Genauigkeit in Test- und Messsystemen.
Motorsteuerung
Viele Motorsteuerungen erfordern Spannungssteuersignale Ein DAC ist ideal für diese Anwendung, die von einem Prozessor oder Controller gesteuert werden kann.
Motorsteuerungsanwendung
Datenverteilungssystem
Viele Industrie- und Fabrikleitungen erfordern mehrere programmierbare Spannungsquellen, und diese können von einer Bank von DACs erzeugt werden, die gemultiplext werden. Die Verwendung eines DAC ermöglicht die dynamische Änderung von Spannungen während des Betriebs eines Systems.
Digitales Potentiometer
Fast alles digitale Potentiometer basieren auf der String-DAC-Architektur. Mit einer gewissen Reorganisation des Widerstands / Schalter-Arrays und der Hinzufügung von eine I2C-kompatible Schnittstelle kann ein volldigitales Potentiometer implementiert werden.
Radiosoftware
Ein DAC wird mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) verwendet, um ein Signal zur Übertragung in der Mischschaltung in ein analoges Signal und dann in das Radio umzuwandeln Leistungsverstärker und Sender.
Daher wird in diesem Artikel erläutert Digital-Analog-Wandler und seine Anwendungen. Wir hoffen, dass Sie dieses Konzept besser verstehen. Bei Fragen zu diesem Konzept oder zur Umsetzung von elektrischen und elektronischen Projekten geben Sie bitte Ihre wertvollen Vorschläge, indem Sie im Kommentarbereich unten einen Kommentar abgeben. Hier ist eine Frage an Sie, Wie können wir die schlechte Genauigkeit des binär gewichteten Widerstands-DAC überwinden?
