Arten von DAC:Grundlagen zu Digital-Analog-Wandler-ICS

Arten von DAC, Signale werden im Allgemeinen in Hauptgruppen, digitales Signal und analoges Signal, eingeteilt. Und für jeden Anruf gibt es verschiedene Arten von Anwendungen. Beispielsweise verwenden analoge Elektronik wie Leistungsschalter und Operationsverstärker ein analoges Signal. Im Gegensatz dazu finden sich digitale Signale in der digitalen Elektronik wie Mikroprozessoren, Mikrocontrollern, Flip-Flops, Logikgattern und einigen mehr.

Für eine bessere Funktionalität beider Signale ist es immer erforderlich, beide Signale von einer Form in eine andere umzuwandeln, um eine bessere Funktionalität beider Zeichen zu erreichen. Daher verwenden wir entweder einen Analog-Digital-Wandler (ADC) oder einen Digital-Analog-Wandler.

Heute liegt unser Fokus auf dem Digital-Analog-Wandler (DAC), auch bekannt als D/A oder D2A.

Was ist DAC (Digital-Analog-Wandler)?

DAC (Digital to Analog Converter) ist ein IC, der digitale Werte in Form von digitalen Codes in analoge Spannung/Strom umwandelt. Oft verwenden Computer DAC, um den analogen Betrieb anderer digitaler Geräte wie eines Mobiltelefons zu verstehen.

(mehrere Digital-Analog-Wandler)

Wie funktioniert ein DAC?

Wir gehen zu einem Konzept, bei dem ein Mikrofon verwendet wird, um Audio über einen Computer aufzunehmen.

Unter solchen Umständen ist das Audiosignal/die Sprache eine physikalische Variable, die vor der Aufzeichnung auf dem Computer digital formatiert werden muss. Daher verwenden wir Analog-Digital-Wandler.

(Mikrofon).

Wenn Sie später das aufgenommene Audio über einen Lautsprecher wiedergeben möchten, verwenden Sie einen DAC. Es wandelt das digitale Signal in ein analoges Signal um.

Arten von DAC

D/A-Wandlerschaltung mit binär gewichtetem Widerstand

Sie benötigen eine Stromquelle oder einen Widerstand, um jedes digitale Eingangsbit in diesem DAC umzuwandeln. Die Widerstände haben eine Verbindung zwischen dem Summierpunkt und den Eingängen. Und über eine Summierverstärkerschaltung erzeugen Sie die Ausgabe.

Schaltplan eines binär gewichteten DAC

Aus dem obigen Diagramm können wir Folgendes feststellen:

• Erstens umfassen die vorhandenen Komponenten einen Operationsverstärker, einen Rückkopplungswiderstand und vier weitere Widerstände, die an den Eingangsanschluss des Operationsverstärkers angeschlossen sind.
• Die Widerstände am Anschluss des Operationsverstärkers sind variable Widerstände.

Wir werden die folgende Gleichung verwenden, um eine Ausgangsspannung der Summierverstärkerschaltung zu erhalten.

V _o =–R (DR+ C2R + B4R+ A8R)

Deswegen;

Die Buchstaben D, C, B und A sind digitale Eingänge mit unterschiedlichen Werten. A liegt am LSB, während D am MSB liegt.

V =Analogspannung ausgeben

Binärleiter- oder R-2R-Leiter-D/A-Wandlerschaltung

Ein binärer Leiter-DAC hat zwei Widerstandswerte, 2R und R. Seine Umwandlungsgeschwindigkeit verringert sich jedoch häufig aufgrund von parasitären Kapazitäten.

Weiterhin steuert das Eingangsbit den Schalter zwischen dem invertierenden Eingang und Masse des Operationsverstärkers. Nachdem die binären Informationen in die Widerstände (2R) gelangt sind, erhalten Sie die Ausgabe am unteren Ende der binären Leiter.

Schaltplan eines R-2R Ladder DAC

Die Formel zum Erhalten der Ausgangsspannung der binären Leiter lautet wie folgt;

V _o =–R × (D2R+ C4R +B8R+ A16R)

Arten von DAC– Segmentierter DAC

Segmentierter DAC ist ein DAC-Typ, dessen Design seine Spezifikationen auf der Leistung basiert. Es ist eine Kombination aus zwei oder mehr DACs, da keine Architektur erforderlich ist. Sie kombinieren beispielsweise einen thermometercodierten DAC mit einem binär gewichteten DAC und trennen dann den eingegebenen Binärcode in zwei Segmente.

Ein segmentierter Digital-Analog-Konverter

Die binär gewichtete Struktur funktioniert in LSB, während der thermometercodierte DAC in MSB gilt. Auf diese Weise haben Sie einen kompakten Chip.

Außerdem wächst die Codierergröße, wenn die Eingangsbits zunehmen. Daher benötigen Sie mehr Verbindungen und Switches.

Arten von DAC– Delta-Sigma-DAC

Ein Delta-Sigma-DAC ist bei weitem der präziseste und schnellste. Es umfasst auch verschiedene Blöcke, wie unten aufgeführt;

• Interpolation filtern . Es reduziert die Abtastzeit und erhöht gleichzeitig die Abtastrate, wodurch die Abtastfrequenz um das Vierfache erhöht wird. Die Filterdaten gelangen dann als Eingabe zum Modulatorblock.
• Delta –sigma Modulator . Der Modulator fungiert als Tiefpassfilter für das Eingangssignal und als Hochpassfilter für das Quantisierungsrauschen.
• 1 – Bisschen DAC . Jedes Bit wird zur zusätzlichen Verstärkung von digitalen Abtastwerten in analoge Formen umgewandelt.
• Analog Ausgabe filtern . Hier filtert der Block die DAC-Ausgabe heraus und erzeugt dann die analogen Signale.

Delta-Sigma-DAC

Vor- und Nachteile von DAC

Vorteile

• Erstens können Sie damit eine hohe Genauigkeit und Auflösung erreichen.
• Dann können Sie es einfach implementieren.
• Zu guter Letzt ist einer der DAC-Typen, d. h. die gewichtete Widerstandsschaltung, im Vergleich zu anderen Umwandlungsmethoden eine schnell wandelnde Schaltung.

Arten von DAC– Nachteile

• Die binär gewichteten Widerstände geben eine hohe Verlustleistung ab.
• Zweitens können Widerstände in den Schaltungen zu Nichtlinearität, Offsetfehlern und Verstärkungsfehlern führen.
• Einige der DAC-Schaltungstypen benötigen möglicherweise einige andere Komponenten, was unpraktisch ist. Es sind jedoch diskrete DAC-Chips verfügbar, die einen Mikrocontroller über I2C und SPI zur Kommunikation verwenden können.
• Außerdem gibt es eine Verzögerung bei R-2R-Leiterwandlern, da die Schaltung abhängig von den Eingängen umgeschaltet werden muss.
• Trotz Genauigkeit wird es unmöglich, kontinuierliche Spannungswerte zu erzeugen, da die Binärzahl die Spannungsschritte bestimmt.
• Schließlich müssen Sie die gleichen Spannungspegel für jeden Eingang in einem gewichteten Widerstands-DAC haben. Das heißt, und Sie benötigen vier Widerstände für einen 4-Bit-Wandler.

Arten von DAC– Wie verwende ich einen DAC?

DACs sind oft in einen Mikrocontroller eingebettet oder werden als separate integrierte Schaltkreise verwendet, wobei letzteres häufiger vorkommt. Gängige Beispiele für IC-DACs sind unter anderem DAC0808, DAC0832, DAC7715.

Für dieses Segment verwenden wir den MCP4725 DAC IC, um besser zu verstehen, wie ein DAC verwendet wird. Und da es in Verbindung mit einem Arduino funktioniert, ist es einfach, seine Bibliotheken und Dokumentation zu finden.

Arten von DAC – Merkmale des MCP4725 DAC IC

• In erster Linie ist seine Verpackung in einem SOT23-6-Gehäuse erhältlich. Die Kompaktheit der Verpackung spart Lagerraum.
• Es funktioniert gut mit der i2C-Kommunikationsschnittstelle. Daher werden nur zwei serielle Takte und serielle Datenpins verwendet. Gleichzeitig kann die Geschwindigkeit einen Bereich zwischen 100 kHz und 3,4 MHz haben.
• Außerdem können Sie den i2C-Adress-Pin ändern, indem Sie ihn mit GND oder Vcc verbinden, wenn Sie mehrere Geräte verwenden.
• Zu guter Letzt hat es eine 12-Bit-Auflösung, die besser ist als die 8-Bit-Auflösung von Arduino. Bei einer Versorgungsspannung von 5 V wird jede Binärziffer in eine Spannung von 1,22 mV umgewandelt, dh 5 V / (212).

DAC-Anwendungen

Sie können DAC in den folgenden Anwendungen verwenden:

• Digitale Potentiometer,
• Die digitalen Datenerfassungssysteme
• Digitale Signalverarbeitung wie in der Audiobearbeitung und
• Digitale Netzteile für Mikrocontroller.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass DACs zweifellos entscheidende Komponenten sind, die analoge und digitale Signale verbinden. Aus diesem Grund ermöglichen sie im Allgemeinen eine Verbindung zwischen Maschinen, indem sie binäre Zählwerte in einen diskreten Spannungspegel umwandeln.

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