Soorten DAC： Basisprincipes van digitaal naar analoog converter ICS

Soorten DAC, signalen worden over het algemeen ingedeeld in hoofdgroepen, digitaal signaal en analoog signaal. En voor elke oproep zijn er verschillende soorten toepassingen. Analoge elektronica zoals stroomschakelaars en operationele versterkers gebruiken bijvoorbeeld een analoog signaal. Integendeel, digitale signalen bevinden zich in digitale elektronica zoals microprocessors, microcontrollers, flip-flops, logische poorten, onder een paar.

Voor een betere functionaliteit van beide signalen is het altijd nodig om beide signalen van de ene vorm naar de andere te converteren voor een betere functionaliteit van beide tekens. En dus gebruiken we ofwel een analoog naar digitaal converter (ADC) of digitaal naar analoog converter.

Tegenwoordig ligt onze focus op de digitaal naar analoog converter (DAC), ook wel bekend als D/A of D2A.

Wat is DAC (digitaal naar analoog converter)?

DAC (Digital to Analog Converter) is een IC dat digitale waarden, in de vorm van digitale codes, omzet naar analoge spanning/stroom. Vaak gebruiken computers DAC om de analoge werking ervan door andere digitale apparaten zoals een mobiele telefoon te begrijpen.

(meerdere digitaal naar analoog converters)

Hoe werkt een DAC?

We gaan naar een concept van het gebruik van een microfoon om audio op te nemen via een computer.

Onder dergelijke omstandigheden is het audiosignaal/spraak een fysieke variabele die digitaal moet worden geformatteerd voordat op de computer kan worden opgenomen. Daarom gebruiken we analoog naar digitaal converters.

(microfoon).

Als u later de opgenomen audio via een luidspreker wilt afspelen, gebruikt u een DAC. Het zet het digitale signaal om naar een analoog signaal.

Soorten DAC

Binair gewogen weerstand D/A-omzettercircuit

Je hebt een stroombron of weerstand nodig om elke digitale ingangsbit in deze DAC om te zetten. De weerstanden hebben een verbinding over het optelpunt en de ingangen. En via een optelversterkercircuit genereer je de output.

Circuitdiagram van een binair gewogen DAC

Uit het bovenstaande diagram kunnen we het volgende opmerken;

• Ten eerste omvatten bestaande componenten een operationele versterker, een feedbackweerstand en vier andere weerstanden die zijn aangesloten op de ingangsaansluiting van de op-amp.
• De weerstanden op de aansluiting van de op-amp zijn variabele weerstanden.

We zullen de onderstaande vergelijking gebruiken om een ​​uitgangsspanning van het optelversterkercircuit te krijgen.

V _o =–R (DR+ C2R +B4R+ A8R)

Daarom;

De letters D, C, B en A zijn digitale ingangen met verschillende waarden. A is bij de LSB, terwijl D bij MSB is.

V =Analoge uitgangsspanning

Binaire ladder of R-2R ladder D/A-omzettercircuit

Een binaire ladder-DAC heeft twee weerstandswaarden, 2R en R. De conversiesnelheid neemt echter vaak af vanwege parasitaire capaciteit.

Verder regelt het ingangsbit de schakelaar tussen de inverterende ingang en aarde van op-amp. Nadat de binaire informatie in de weerstanden (2R) is terechtgekomen, verkrijgt u de uitvoer onderaan de binaire ladder.

Circuitdiagram van een R-2R Ladder DAC

De formule voor het verkrijgen van de uitgangsspanning van de binaire ladder is als volgt;

V _o =–R × (D2R+ C4R +B8R+ A16R)

Soorten DAC– Gesegmenteerde DAC

Gesegmenteerde DAC is een type DAC waarvan het ontwerp zijn specificaties baseert op prestaties. Het is een combinatie van twee of meer DAC's omdat er geen architectuur voor nodig is. U combineert bijvoorbeeld thermometer-gecodeerde DAC met binair gewogen DAC en scheidt vervolgens de binaire invoercode in twee segmenten.

Een gesegmenteerde digitaal naar analoog converter

De binair gewogen structuur werkt in LSB, terwijl thermometer-gecodeerde DAC van toepassing is in MSB. Op die manier heb je een compacte chip.

Bovendien, naarmate de invoerbits toenemen, neemt de grootte van de encoder toe. Daarom heb je meer interconnecties en switches nodig.

Soorten DAC– Delta-Sigma DAC

Een delta-sigma DAC is verreweg de meest nauwkeurige en snelste. Het bevat ook verschillende blokken zoals hieronder vermeld;

• Interpolatie filter . Het verkort de bemonsteringstijd terwijl de bemonsteringsfrequentie wordt verhoogd, waardoor de bemonsteringsfrequentie met vier keer wordt verhoogd. De filtergegevens komen dan als invoer bij het modulatorblok.
• Delta –sigma modulator . De modulator functioneert als een laagdoorlaatfilter voor het ingangssignaal en een hoogdoorlaatfilter voor de kwantiseringsruis.
• 1 –Beetje DAC . Elke bit wordt omgezet van digitale samples naar analoge vormen voor extra versterking.
• Analoog uitvoer filter . Hier filtert het blok de DAC-uitvoer uit en produceert vervolgens de analoge signalen.

Delta-sigma DAC

Voor- en nadelen van DAC

Voordelen

• Ten eerste kun je er een hoge nauwkeurigheid en resolutie mee bereiken.
• Dan kun je het gemakkelijk implementeren.
• Ten slotte is een van de DAC-typen, d.w.z. een gewogen weerstandscircuit, een snel converterend circuit in vergelijking met andere conversiemethoden.

Soorten DAC– Nadelen

• De binair gewogen weerstanden zenden een hoge vermogensdissipatie uit.
• Ten tweede kunnen weerstanden in de circuits leiden tot niet-lineariteit, offset-fout en versterkingsfout.
• Sommige van de DAC-circuittypen hebben mogelijk een paar andere componenten nodig, wat onpraktisch is. Er zijn echter discrete DAC-chips beschikbaar die een microcontroller via I2C en SPI kunnen gebruiken om te communiceren.
• Er is ook een vertraging in R-2R-ladderconverters, omdat het circuit moet worden geschakeld afhankelijk van de ingangen.
• Ondanks dat het nauwkeurig is, wordt het onmogelijk om continue spanningswaarden te produceren omdat het binaire getal de spanningsstappen bepaalt.
• Ten slotte moet u dezelfde spanningsniveaus hebben voor elke ingang in een DAC met gewogen weerstand. Dat wil zeggen, en je hebt vier weerstanden nodig voor een 4-bits converter.

Soorten DAC– Hoe gebruik je een DAC?

Je zult vaak DAC's vinden die zijn ingebed in een microcontroller of worden gebruikt als gescheiden geïntegreerde schakelingen, waarbij de laatste vaker voorkomt. Veelvoorkomende voorbeelden van IC DAC's zijn onder andere DAC0808, DAC0832, DAC7715.

Voor dit segment zullen we MCP4725 DAC IC gebruiken om beter te begrijpen hoe een DAC moet worden gebruikt. En aangezien het werkt in combinatie met een Arduino, is het gemakkelijk om de bibliotheken en documentatie te vinden.

Soorten DAC-kenmerken van MCP4725 DAC IC

• Eerst en vooral is de verpakking beschikbaar in een SOT23-6-verpakking. De compactheid van het pakket bespaart op opslagruimte.
• Het werkt goed met de i2C-communicatie-interface. Daarom gebruikt het slechts twee seriële klokken en seriële datapinnen. Tegelijkertijd kan de snelheid een bereik hebben tussen 100 kHz en 3,4 MHz.
• Verder kunt u de i2C-adrespin wijzigen door deze aan te sluiten op GND of Vcc wanneer u meerdere apparaten gebruikt.
• Last but not least heeft het een 12-bits resolutie die beter is dan de 8-bits resolutie van Arduino. Met een voedingsspanning van 5 V wordt elke binaire cijferconversie naar een spanning van 1,22 mV, d.w.z. 5V/ (212).

DAC-applicaties

U kunt DAC in de volgende toepassingen gebruiken;

• Digitale potentiometers,
• De digitale data-acquisitiesystemen,
• Digitale signaalverwerking zoals bij audiobewerking, en
• Digitale voedingen voor microcontrollers.

Conclusie

Kortom, DAC's zijn ongetwijfeld cruciale componenten die analoge en digitale signalen met elkaar verbinden. Om die reden maken ze een verbinding tussen machines in het algemeen mogelijk door binaire telling om te zetten naar een discreet spanningsniveau.

Neem voor vragen of verduidelijkingen contact met ons op.