אודות ממיר דיגיטלי לאנלוגי (DAC) ויישומיו

מדוע אנו זקוקים לממירי נתונים? בעולם האמיתי, רוב הנתונים זמינים בצורה של אנלוגי באופיו. יש לנו שני סוגים של ממירים ממיר מאנלוגי לדיגיטלי וממיר דיגיטלי לאנלוגי. תוך כדי מניפולציה בנתונים, שני ממשקי ההמרה הללו חיוניים לציוד אלקטרוני דיגיטלי ולמכשיר חשמלי אנלוגי אשר מעובד על ידי מעבד על מנת לייצר פעולה נדרשת.

לדוגמה, קח את איור ה- DSP שלהלן, ADC ממיר את הנתונים האנלוגיים שנאספים על ידי ציוד קלט שמע כגון מיקרופון (חיישן), לאות דיגיטלי שניתן לעבד על ידי מחשב. המחשב עשוי להוסיף אפקטים קוליים. כעת DAC יעבד את אות הקול הדיגיטלי בחזרה לאות האנלוגי המשמש ציוד פלט שמע כגון רמקול.

עיבוד אותות שמע

ממיר דיגיטלי לאנלוגי (DAC)

ממיר דיגיטלי לאנלוגי (DAC) הוא מכשיר ההופך נתונים דיגיטליים לאות אנלוגי. על פי משפט הדגימה של ניקוויסט-שאנון, ניתן לשחזר את כל הנתונים שנדגמו בצורה מושלמת לפי רוחב הפס וקריטריונים של ניקוויסט.

DAC יכול לשחזר נתונים שנדגמו לאות אנלוגי בדיוק. הנתונים הדיגיטליים עשויים להיות מיוצרים ממיקרו-מעבד, ממעגל משולב יישומי יישומי (ASIC) או מערך שערים לתכנות בשטח (FPGA) , אך בסופו של דבר הנתונים דורשים המרה לאות אנלוגי על מנת לקיים אינטראקציה עם העולם האמיתי.

ממיר דיגיטלי לאנלוגי בסיסי

ארכיטקטורות ממיר D / A

ישנן שתי שיטות הנפוצות להמרה דיגיטלית לאנלוגית: שיטת נגדים משוקללים והשנייה משתמשת בשיטת רשת הסולם R-2R.

DAC בשיטת נגדים משוקללים

התרשים הסכימטי המוצג להלן הוא DAC באמצעות נגדים משוקללים. הפעולה הבסיסית של DAC היא היכולת להוסיף כניסות שיתאימו בסופו של דבר לתרומות של החלקים השונים של הקלט הדיגיטלי. בתחום המתח, כלומר אם אותות הקלט הם מתח, ניתן להשיג את הוספת הסיביות הבינאריות באמצעות ההיפוך מגבר סיכום מוצג באיור שלהלן.

נגדים משוקללים בינאריים DAC

בתחום המתח, כלומר אם אותות הקלט הם מתח, ניתן להשיג את הוספת הסיביות הבינאריות באמצעות מגבר הסיכום ההפוך המוצג באיור לעיל.

נגדי הקלט של מגבר אופ משוקלל ערכי ההתנגדות שלהם בפורמט בינארי. כאשר הבינארי המקבל 1 המתג מחבר את הנגד למתח הייחוס. כאשר המעגל ההגיוני מקבל 0 בינארי, המתג מחבר את הנגד לקרקע. כל סיביות הקלט הדיגיטליות מוחלות בו זמנית על ה- DAC.

ה- DAC מייצר מתח יציאה אנלוגי המתאים לאות הנתונים הדיגיטליים הנתון. עבור ה- DAC המתח הדיגיטלי הנתון הוא b3 b2 b1 b0 כאשר כל ביט הוא ערך בינארי (0 או 1). מתח המוצא המופק בצד המוצא הוא

V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref

מכיוון שמספר הסיביות גדל במתח הכניסה הדיגיטלי, טווח ערכי הנגד הופך גדול ובהתאם לכך הדיוק נעשה גרוע.

ממיר R-2R סולם דיגיטלי לאנלוגי (DAC)

סולם R-2R DAC בנוי כ- DAC משוקלל בינארי המשתמש במבנה חוזר ונשנה של ערכי נגדים R ו- 2R. זה משפר את הדיוק בשל הקלות יחסית לייצר נגדים שווים (או מקורות זרם) שווים.

ממיר R-2R סולם דיגיטלי לאנלוגי (DAC)

האיור לעיל מראה את סולם ה- R-2R בסולם 4 סיביות. על מנת להשיג דיוק ברמה גבוהה בחרנו בערכי הנגד כ- R ו- 2R. תן לערך הבינארי B3 B2 B1 B0, אם b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, אז המעגל מוצג באיור למטה הוא צורה פשוטה של ​​מעגל DAC לעיל. מתח המוצא הוא V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2

באופן דומה, אם b2 = 1 ו- b3 = b1 = b0 = 0, אז מתח המוצא הוא V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 והמעגל פשוט כמפורט להלן

אם b1 = 1 ו- b2 = b3 = b0 = 0, אז המעגל שמוצג באיור למטה הוא צורה פשוטה של ​​מעגל DAC לעיל. מתח המוצא הוא V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8

לבסוף, המעגל מוצג להלן המתאים למקרה בו b0 = 1 ו- b2 = b3 = b1 = 0. מתח המוצא הוא V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16

בדרך זו, אנו יכולים למצוא שכאשר נתוני הקלט הם b3b2b1b0 (כאשר סיביות בודדות הן 0 או 1), אז מתח המוצא הוא

יישומים של ממיר דיגיטלי לאנלוגי

DACs משמשים ביישומי עיבוד אותות דיגיטליים רבים ויישומים רבים נוספים. להלן חלק מהיישומים החשובים.

מגבר שמע

DAC משמשים לייצור רווח מתח DC באמצעות פקודות מיקרו-בקר. לעתים קרובות, ה- DAC ישולב בקודק שמע שלם הכולל תכונות לעיבוד אותות.

מקודד וידאו

מערכת מקודדי הווידיאו תעבד אות וידיאו ותשלח אותות דיגיטליים למגוון DAC לייצור אותות וידאו אנלוגיים בפורמטים שונים, יחד עם אופטימיזציה של רמות הפלט. כמו עם רכיבי Codec שמע, יתכן שבמכשירים אלה יש DAC משולבים.

אלקטרוניקה לתצוגה

הבקר הגרפי ישתמש בדרך כלל בטבלת בדיקה כדי ליצור אותות נתונים הנשלחים ל- DAC וידאו עבור יציאות אנלוגיות כגון אותות אדומים, ירוקים, כחולים (RGB) כדי להניע תצוגה.

מערכות לרכישת נתונים

הנתונים שיימדדו עוברים דיגיטציה על ידי ממיר אנלוגי לדיגיטלי (ADC) ואז נשלחים למעבד. רכישת הנתונים תכלול גם סוף בקרת תהליכים, בו המעבד שולח נתוני משוב ל- DAC לצורך המרה לאותות אנלוגיים.

כִּיוּל

ה- DAC מספק כיול דינמי עבור קיזוז מתח ומתח לדיוק במערכות בדיקה ומדידה.

שליטה מוטורית

בקרות מוטוריות רבות דורשות אותות בקרת מתח , ו- DAC אידיאלי ליישום זה שעשוי להיות מונע על ידי מעבד או בקר.

יישום בקרת מנוע

מערכת הפצת נתונים

קווי תעשייה ומפעלים רבים דורשים מספר מקורות מתח ניתנים לתכנות, והדבר יכול להיווצר על ידי בנק של DAC מרובי ריבועים. השימוש ב- DAC מאפשר שינוי דינמי של מתחים במהלך הפעלת מערכת.

פוטנציומטר דיגיטלי

כמעט כל פוטנציומטרים דיגיטליים מבוססים על ארכיטקטורת DAC מחרוזת. עם ארגון מחדש של מערך הנגד / מתג, ותוספת של ממשק תואם I2C , ניתן ליישם פוטנציומטר דיגיטלי לחלוטין.

תוכנת רדיו

נעשה שימוש ב- DAC עם מעבד אותות דיגיטלי (DSP) להמרת אות לאנלוגי להעברה במעגל המיקסר, ואז למערכת הרדיו. מגבר כוח ומשדר.

לפיכך, מאמר זה דן ממיר דיגיטלי לאנלוגי ויישומיו. אנו מקווים שיש לך הבנה טובה יותר של מושג זה. יתר על כן, כל שאלה בנוגע למושג זה או ליישום פרויקטים חשמליים ואלקטרוניים, אנא הוסף את הצעותיך החשובות על ידי תגובה בסעיף ההערות להלן. הנה שאלה בשבילך, כיצד נוכל להתגבר על הדיוק הירוד ב- DAC נגד משוקלל בינארי?