Типы ЦАП： Основы цифроаналогового преобразователя ICS

Типы ЦАП, сигналы обычно делятся на основные группы:цифровой сигнал и аналоговый сигнал. И для каждого звонка есть разные типы приложений. Например, аналоговая электроника, такая как переключатели питания и операционные усилители, использует аналоговый сигнал. Напротив, цифровые сигналы используются в цифровой электронике, такой как микропроцессоры, микроконтроллеры, триггеры, логические элементы и многие другие.

Для лучшей функциональности обоих сигналов всегда необходимо преобразовать оба сигнала из одной формы в другую для лучшей функциональности обоих знаков. Итак, мы используем либо аналого-цифровой преобразователь (АЦП), либо цифро-аналоговый преобразователь.

Сегодня наше внимание сосредоточено на цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП), также известном как D/A или D2A.

Что такое ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь)?

ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) — это ИС, которая преобразует цифровые значения в виде цифровых кодов в аналоговые значения напряжения/тока. Часто компьютеры используют ЦАП, чтобы понять его аналоговую работу другими цифровыми устройствами, такими как мобильный телефон.

(несколько цифро-аналоговых преобразователей)

Как работает DAC?

Мы собираемся использовать микрофон для записи звука через компьютер.

В таком случае звуковой сигнал/речь представляет собой физическую переменную, которая требует цифрового форматирования перед записью на компьютер. Поэтому мы будем использовать аналого-цифровые преобразователи.

(микрофон).

Позже, если вы захотите воспроизвести записанный звук через динамик, вам понадобится ЦАП. Он преобразует цифровой сигнал в аналоговый сигнал.

Типы ЦАП

Схема цифро-аналогового преобразователя с двоично-взвешенным резистором

Вам понадобится источник тока или резистор для преобразования каждого цифрового входного бита в этом ЦАП. Резисторы подключаются через точку суммирования и входы. И через схему суммирующего усилителя вы будете генерировать выходной сигнал.

Схема двоично-взвешенного ЦАП

Из диаграммы выше мы можем отметить следующее;

• Во-первых, существующие компоненты включают в себя операционный усилитель, резистор обратной связи и четыре других резистора, подключенных к входным клеммам операционного усилителя.
• Резисторы на клеммах операционного усилителя являются переменными резисторами.

Мы будем использовать приведенное ниже уравнение, чтобы получить выходное напряжение схемы суммирующего усилителя.

В _о =–R (DR+C2R+B4R+A8R)

Следовательно;

Буквы D, C, B и A — это цифровые входы с разными значениями. A находится в LSB, тогда как D находится в MSB.

В =выходное аналоговое напряжение

Цифро-аналоговый преобразователь с двоичной релейной диаграммой или релейной схемой R–2R

ЦАП с двоичной лестницей имеет два номинала резисторов, 2R и R. Однако скорость его преобразования часто снижается из-за паразитной емкости.

Далее входной бит управляет переключением между инвертирующим входом и землей операционного усилителя. После того, как двоичная информация попадет в резисторы (2R), вы получите вывод в нижней части двоичной лестницы.

Схема ЦАП R-2R Ladder

Формула для получения выходного напряжения бинарной лестницы выглядит следующим образом;

В _о =–R × (D2R+C4R+B8R+A16R)

Типы DAC– Сегментированный DAC

Сегментированный ЦАП — это тип ЦАП, технические характеристики которого основаны на производительности. Это комбинация двух или более ЦАП, поскольку она не требует архитектуры. Например, вы объедините ЦАП с термометрическим кодированием и ЦАП с двоичным взвешиванием, а затем разделите входной двоичный код на два сегмента.

Сегментированный цифро-аналоговый преобразователь

Двоично-взвешенная структура будет работать в LSB, в то время как DAC с термометрическим кодированием применяется в MSB. Таким образом, у вас будет компактный чип.

Кроме того, по мере увеличения входных битов увеличивается размер кодера. Поэтому вам понадобится больше межсоединений и коммутаторов.

Типы DAC– ЦАП Delta-Sigma

Дельта-сигма ЦАП, безусловно, самый точный и быстрый. Он также включает в себя различные блоки, перечисленные ниже;

• Интерполяция фильтр . Это уменьшает время дискретизации при увеличении частоты дискретизации, увеличивая частоту дискретизации в четыре раза. Затем данные фильтра поступают в блок модулятора в качестве входных данных.
• Дельта –сигма модулятор . Модулятор работает как фильтр нижних частот для входного сигнала и как фильтр верхних частот для шума квантования.
• 1 –Бит DAC . Каждый бит преобразуется из цифровых образцов в аналоговые формы для дополнительного усиления.
• Аналоговый вывод фильтр . Здесь блок отфильтровывает выходной сигнал ЦАП, а затем создает аналоговые сигналы.

ЦАП дельта-сигма

Преимущества и недостатки DAC

Преимущества

• Во-первых, с его помощью можно добиться высокой точности и разрешения.
• Тогда вы можете легко реализовать это.
• Наконец, один из типов ЦАП, то есть схема с взвешенным резистором, является схемой быстрого преобразования по сравнению с другими методами преобразования.

Типы DAC– Недостатки

• Двоично-взвешенные резисторы рассеивают большую мощность.
• Во-вторых, резисторы в цепях могут привести к нелинейности, ошибке смещения и ошибке усиления.
• Для некоторых типов схем ЦАП могут потребоваться несколько других компонентов, что нецелесообразно. Однако существуют доступные дискретные микросхемы ЦАП, которые могут использовать микроконтроллер через I2C и SPI для связи.
• Кроме того, в лестничных преобразователях R-2R есть задержка, поскольку схема требует переключения в зависимости от входных данных.
• Несмотря на точность, получение непрерывных значений напряжения становится невозможным, поскольку двоичное число определяет шаг напряжения.
• Наконец, у вас должны быть одинаковые уровни напряжения для каждого входа в ЦАП с взвешенным резистором. То есть, и вам понадобится четыре резистора для 4-битного преобразователя.

Типы DAC– Как использовать ЦАП?

Часто можно встретить ЦАП, встроенный в микроконтроллер или используемый в виде отдельных интегральных схем, причем последние встречаются чаще. Типичные примеры ЦАП на ИС включают DAC0808, DAC0832, DAC7715 и другие.

В этом сегменте мы будем использовать микросхему ЦАП MCP4725, чтобы лучше понять, как использовать ЦАП. А поскольку он работает в связке с Arduino, его библиотеки и документацию найти несложно.

Типы ЦАП — характеристики микросхемы ЦАП MCP4725

• Прежде всего, его упаковка доступна в корпусе SOT23-6. Компактность упаковки экономит место при хранении.
• Он хорошо работает с интерфейсом связи i2C. Следовательно, он будет использовать только два последовательных тактовых генератора и вывод последовательных данных. При этом скорость может иметь диапазон от 100 кГц до 3,4 МГц.
• Кроме того, вы можете изменить вывод адреса i2C, подключив его к GND или Vcc при использовании нескольких устройств.
• И последнее, но не менее важное:у него 12-битное разрешение, которое лучше, чем 8-битное разрешение Arduino. При напряжении питания 5 В каждая двоичная цифра преобразуется в напряжение 1,22 мВ, т. е. 5 В/(212).

Приложения DAC

Вы можете использовать DAC в следующих приложениях;

• Цифровые потенциометры,
• Системы сбора цифровых данных,
• Цифровая обработка сигналов, как при редактировании аудио, и
• Цифровые блоки питания для микроконтроллеров.

Заключение

В заключение можно сказать, что ЦАПы, несомненно, являются важными компонентами, связывающими аналоговые и цифровые сигналы. По этой причине они обеспечивают связь между машинами в целом путем преобразования двоичного счета в дискретный уровень напряжения.

Для вопросов или уточнений свяжитесь с нами.