Ipinaliwanag ang mga Digital-to-Analog (DAC), Mga Converter ng Analog-to-Digital (ADC)

SA digital-to-analog converter ( Dacian , D / A , D2A , o D-to-A ) ay isang circuit na idinisenyo upang i-convert ang isang digital input signal sa isang analog output signal. Gumagana ang analog-to-digital converter (ADC) sa kabaligtaran na paraan at binago ang isang analog input signal sa isang digital output.

Sa artikulong ito, komprehensibong tinatalakay namin kung paano gumagana ang digital sa analog, at analog sa mga digital converter circuit, gamit ang mga diagram at pormula.

Sa electronics maaari tayong makahanap ng mga voltages at alon na patuloy na nag-iiba-iba sa iba't ibang mga saklaw at magnitude.

Sa mga digital na circuit ang signal ng boltahe ay nasa dalawang anyo, alinman bilang mataas na lohika o mababang antas ng lohika na lohika, na kumakatawan sa mga halagang binary ng 1 o 0.

Sa isang analog sa mga digital converter (ADC), ang input analog signal ay kinakatawan bilang isang digital magnitude, habang ang isang digital-analog converter (DAC) ay binago ang digital magnitude pabalik sa isang analog signal.

Paano gumagana ang Mga Digital-to-Analog Converter

Ang proseso ng conversion na digital-to-analog ay maaaring isagawa sa pamamagitan ng maraming iba't ibang mga diskarte.

Ang isang kilalang pamamaraan ay gumagamit ng isang network ng resistors, na kilala bilang ladder network.

Ang isang ladder network ay dinisenyo upang tanggapin ang mga input na kinasasangkutan ng mga halagang binary na karaniwang sa 0 V o Vref at naghahatid ng isang output voltage na katumbas ng magnitude ng binary input.

Ang numero sa ibaba ay nagpapakita ng isang ladder network na gumagamit ng 4 na voltages ng pag-input, na kumakatawan sa 4 na piraso ng digital data at isang output ng boltahe ng dc.

Ang output boltahe ay katimbang sa halaga ng digital input tulad ng ipinahayag ng equation:

Ang paglutas ng halimbawa sa itaas nakukuha namin ang sumusunod na boltahe ng output:

Tulad ng nakikita natin, isang digital input ng 0110_dalawanai-convert sa isang analog na output ng 6 V.

Ang layunin ng ladder network ay upang baguhin ang 16 potensyal na magnitude ng binary
sa pamamagitan ng 0000 hanggang 1111 sa isa sa 16 na dami ng boltahe sa mga agwat ng V_ref/ 16.

Samakatuwid, maaaring posible na iproseso ang mas maraming mga binary input sa pamamagitan ng pagsasama ng higit na bilang ng mga yunit ng hagdan, at upang makamit ang mas mataas na dami ng dami para sa bawat hakbang.

Ibig sabihin, halimbawa kung gumagamit kami ng isang 10 hakbang na hagdan network, papayagan ang paggamit upang madagdagan ang dami ng hakbang sa boltahe o ang resolusyon sa V_ref/dalawa¹⁰o V_ref/ 1024. Sa kasong ito, kung gumamit kami ng isang sanggunian boltahe V_ref= 10 V ay makakabuo ng boltahe ng output sa mga hakbang na 10 V / 1024, o sa humigit-kumulang 10 mV.

Sa gayon, ang pagdaragdag ng higit pang bilang ng mga yugto ng hagdan ay magbibigay sa amin ng katimbang na mas mataas na resolusyon.

Karaniwan, para sa n bilang ng mga hakbang sa hagdan, maaari itong kumatawan sa pamamagitan ng sumusunod na pormula:

V_ref/ dalawaⁿ

DAC Block Diagram

Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng block diagram ng isang karaniwang DAC gamit ang isang ladder network, na isinangguni bilang isang R-2R ladder. Makikita itong naka-lock sa pagitan ng sanggunian kasalukuyang pinagmulan at kasalukuyang mga switch.

Ang kasalukuyang mga switch ay naka-link sa mga binary switch, na gumagawa ng isang kasalukuyang output na proporsyonal sa input na halaga ng binary.

Ang mga pag-input ng binary ay pinalitan ang kani-kanilang mga binti ng hagdan, na nagbibigay-daan sa isang kasalukuyang output na isang timbang na kabuuan ng kasalukuyang sanggunian.

Kung kinakailangan, ang mga resistor ay maaaring ikabit sa mga output para sa pagbibigay kahulugan ng resulta bilang analog output.

Paano gumagana ang Mga Analog-to-Digital Converter

Sa ngayon tinalakay namin kung paano i-convert ang digital sa mga analog signal, ngayon alamin natin kung paano gawin ang kabaligtaran, iyon ay ang pag-convert ng isang analog signal sa isang digital signal. Ito ay maaaring ipatupad sa pamamagitan ng isang kilalang pamamaraan na tinatawag na pamamaraang dalawahan .

Ipinapakita ng sumusunod na figure ang block diagram para sa karaniwang dalawahang slope ADC converter.

Dito, ang isang elektronikong switch ay nagtatrabaho upang ilipat ang nais na signal ng input ng analog sa isang integrator, na tinatawag ding isang generator ng rampa. Ang generator ng rampa na ito ay maaaring nasa anyo ng isang kapasitor na sisingilin ng isang pare-pareho na kasalukuyang para sa pagbuo ng linear ramp. Gumagawa ito ng kinakailangang digital na conversion sa pamamagitan ng isang counter yugto na gumagana para sa parehong positibo at negatibong mga agwat ng slope ng integrator.

Maaaring maunawaan ang pamamaraan sa sumusunod na paglalarawan:

Ang buong saklaw ng pagsukat ng counter ay nagpapasiya ng naayos na agwat ng oras. Para sa agwat na ito ang input na boltahe ng analog na inilapat sa integrator ay sanhi ng pagtaas ng boltahe ng input ng kumpare upang tumaas sa ilang positibong antas.

Sumangguni sa seksyon na (b) ng diagram sa itaas, ipinapakita na ang boltahe mula sa integrator sa dulo ng takdang agwat ng oras ay mas mataas kaysa sa input boltahe na mas malaki sa lakas.

Kapag natapos ang naayos na agwat ng oras, ang bilang ay nakatakda sa 0, na kung saan ay hinihimok ang electronic switch upang ikonekta ang integrator sa isang nakapirming antas ng input ng boltahe ng pag-input. Pagkatapos nito, ang output ng integrator na kung saan ay ang input din ng capacitor ay nagsisimulang bumaba sa isang pare-pareho na rate.

Sa panahong ito, ang counter ay patuloy na sumusulong, habang ang output ng integrator ay patuloy na bumababa sa isang pare-pareho na rate, hanggang sa mapunta ito sa ibaba ng sanggunian boltahe ng kumpare. Ito ay sanhi ng output ng kumpara upang baguhin ang estado at nagpapalitaw ng control logic yugto upang ihinto ang pagbibilang.

Ang nakaimbak na digital na lakas sa loob ng counter ay nagiging digital output ng converter.

Ang paggamit ng isang karaniwang yugto ng orasan at integrator sa panahon ng parehong positibo at negatibong agwat ng slope ay nagdaragdag ng ilang uri ng kabayaran para sa pagkontrol sa pag-anod ng dalas ng orasan, at limitasyon ng kawastuhan ng integrator.

Maaaring posible na sukatin ang counter output ayon sa kagustuhan ng gumagamit sa pamamagitan ng angkop na pag-set up ng sangguniang halaga ng pag-input, at ang rate ng orasan. Maaari kaming magkaroon ng counter bilang binary, BCD o sa iba pang digital format, kung kinakailangan ito.

Paggamit ng Ladder Network

Ang pamamaraan ng hagdan ng network gamit ang mga yugto ng counter at kumpara ay isa pang perpektong paraan upang maipatupad ang analog-to-digital na conversion. Sa pamamaraang ito, nagsisimula ang isang counter na bilangin mula sa zero, na nagtutulak ng isang ladder network, na bumubuo ng isang stepped na pagtaas ng boltahe, na kahawig ng isang hagdanan (tingnan ang larawan sa ibaba).

Pinapayagan ng proseso ang boltahe na tumaas sa bawat bilang ng hakbang.

Sinusubaybayan ng isang kumpare ang pagtaas ng boltahe ng hagdanan at inihambing ito sa boltahe ng input ng analog. Sa sandaling maramdaman ng kumpare ang boltahe ng hagdanan na papunta sa itaas ng analog input, ang output nito ay hihimok upang ihinto ang pagbibilang.

Ang halaga ng counter sa puntong ito ay nagiging katumbas ng digital ng analog signal.

Ang antas ng pagbabago sa boltahe na nabuo ng mga hakbang ng signal ng hagdanan ay natutukoy ng dami ng ginamit na count bit.

Halimbawa ang isang 12 yugto ng counter na gumagamit ng 10 V na sanggunian ay nagpapatakbo ng isang 10 yugto ng hagdan network na may mga hakbang na voltages ng:

V_ref/dalawa¹²= 10 V / 4096 = 2.4 mV

Lilikha ito ng isang resolusyon ng conversion na 2.4 mV. Ang oras na kinakailangan para sa pagpapatupad ng conversion ay natutukoy ng rate ng orasan ng counter.

Kung ang rate ng orasan na 1 MHz ay ​​ginagamit para sa pagpapatakbo ng isang 12 yugto na counter, ang maximum na oras na ginugol para sa conversion ay:

4096 x 1 μs = 4096 μs ≈ 4.1 ms

Ang pinakamaliit na bilang ng mga conversion na maaaring posible bawat segundo ay maaaring matagpuan bilang:

hindi. ng mga conversion = 1 / 4.1 ms ≈ 244 mga conversion / segundo

Mga Kadahilanan na nakakaimpluwensya sa Proseso ng Conversion

Isinasaalang-alang na ang ilang mga conversion ay maaaring humiling ng mas mataas at ang ilan ay maaaring mangailangan ng mas mababang bilang ng bilang, karaniwang isang oras ng conversion = 4.1ms / 2 = 2.05 ms ay maaaring maging isang mahusay na halaga.

Gumagawa ito ng isang 2 x 244 = 488 bilang ng mga conversion sa isang average.

Ang mas mabagal na rate ng orasan ay nangangahulugang mas kaunting mga conversion bawat segundo.

Ang isang converter na nagtatrabaho kasama ang mas mababang bilang ng mga yugto ng bilang (mababang resolusyon) ay magkakaroon ng mas mataas na rate ng conversion.

Ang katumpakan ng ng converter ay natutukoy ng kawastuhan ng compartaor.