Convertor D/A
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 20 septembrie 2021; verificările necesită 5 modificări .Un convertor digital-analogic ( DAC ) este un dispozitiv pentru conversia unui cod digital (de obicei binar) într- un semnal analogic ( curent , tensiune sau încărcare ). Convertoarele D/A sunt interfața dintre lumea digitală discretă și semnalele analogice. DAC-urile moderne sunt create folosind tehnologii semiconductoare sub forma unui circuit integrat .
Un convertor analog-digital (ADC) efectuează operația inversă.
Aplicație
DAC este întotdeauna utilizat în sistemele de telecomunicații și sistemele de control. De exemplu:
- În sistemele de redare audio ;
- În afișaje ;
- Formarea unui semnal de informare pentru mixere și generatoare controlate;
- În sistemele de management al motoarelor;
- În sistemele de sinteză digitală directă (DDS - Direct Digital Synthesizer);
Caracteristici
Următoarele caracteristici sunt utilizate în general pentru a descrie convertoarele digital-analogic.
General
- Adâncime de biți . Specifică numărul de niveluri de semnal analogic pe care DAC-ul le poate ieși. Pentru un DAC de N biți, numărul de niveluri de semnal analogic este de 2 N (inclusiv valoarea pentru codul zero);
- Tensiunea de alimentare;
Caracteristici statice:
- Caracteristica de conversie statică este dependența valorii semnalului de ieșire al DAC-ului de valoarea codului de intrare;
- Neliniaritate statică. Două mărimi sunt utilizate pentru a descrie neliniaritatea statică: neliniaritatea diferenţială (DNL) şi neliniaritatea integrală (INL);
- Monotonie . Una dintre cele mai importante caracteristici ale DAC-ului, care sugerează că pe măsură ce codul crește, crește și valoarea semnalului analogic. Arhitectura unară garantează monotonitatea. Pentru o arhitectură binară, monotonitatea nu este garantată;
- Decalaj zero;
- Eroare de câștig;
Caracteristici dinamice:
- performanţă. Definit ca frecvența maximă cu care puteți schimba codul la intrarea DAC-ului, obținând în același timp rezultatul corect la ieșire. Se măsoară în „eșantioane/s” sau în herți. Poate fi denumită rata de eșantionare sau rata maximă de modificare a codului de intrare;
- SNR (Raport semnal/zgomot). Este considerat ca raportul dintre puterea semnalului armonic restabilit și suma puterilor tuturor celorlalte armonice din spectrul semnalului de ieșire, cu excepția multiplilor, și este exprimat în decibeli;
- SFDR (Spurious Free Dynamic Range). Este considerat ca fiind raportul dintre amplitudinea semnalului armonic restabilit și amplitudinea celei mai mari armonice din spectrul semnalului de ieșire, exprimat de asemenea în decibeli. Această caracteristică este numită și „liniaritate dinamică”.
- Consumul de energie;
DAC-uri seriale
În DAC-urile seriale, codul de intrare este convertit într-un semnal analogic bit cu bit. În același timp, același circuit este utilizat pentru a converti toate cifrele, ceea ce simplifică foarte mult dispozitivul, cu toate acestea, rata de conversie este invers proporțională cu adâncimea de biți. Nu confundați metoda de conversie și interfața de intrare a dispozitivului: codul de intrare poate fi alimentat la intrarea unui DAC serial atât în serie, cât și în paralel. DAC-urile seriale includ următoarele tipuri:
- Modulatorul de lățime a impulsului este cel mai simplu tip de DAC. O sursă stabilă de curent sau tensiune este pornită periodic pentru un timp proporțional cu codul digital convertit, apoi secvența de impulsuri rezultată este filtrată de un filtru analog trece -jos . Această metodă este adesea folosită pentru a controla viteza motoarelor electrice și devine, de asemenea, populară în tehnologia audio hi-fi ;
- DAC ciclic (DAC ciclic);
- Pipeline DAC (pipeline DAC);
Un DAC audio primește de obicei un semnal digital în modulație de cod de impuls ( PCM, modulație de cod de impuls ) . Sarcina de a converti diferite formate comprimate în PCM este realizată de codecurile respective .
DAC-uri paralele
Arhitecturi
O arhitectură DAC este o modalitate de a genera un semnal de ieșire la un nivel funcțional. Cu alte cuvinte, aceasta este o descriere a sumei cărora numerele vor descompune valoarea semnalului de ieșire. Semnalul de ieșire este format folosind elemente de cântărire, fiecare dintre acestea fiind responsabil pentru „porțiunea” sa din semnalul analog de ieșire. Următoarele arhitecturi se disting prin setul de valori ale elementelor de cântărire:
- Arhitectură binară;
Raportul dintre două elemente de cântărire învecinate este 2. Adică, semnalul de ieșire este format în același mod cum se întâmplă în sistemul numeric binar . În consecință, ponderile elementelor care formează semnalul de ieșire, în formă normalizată, vor fi egale cu 1, 2, 4, 8, 16 etc. Elementele de ponderare sunt controlate de un cod binar.
- Arhitectură unară;
Raportul dintre două elemente de cântărire adiacente este 1. Adică, semnalul de ieșire este format în același mod cum se întâmplă în sistemul numeric unar . În consecință, ponderile tuturor elementelor, în forma normalizată, sunt egale cu 1. Controlul este efectuat printr-un cod unar sau unitar .
- Arhitectura Fibonacci;
Greutățile elementelor sunt o succesiune de numere Fibonacci . Semnalul de ieșire este format în același mod în care se întâmplă în sistemul numeric Fibonacci .
În plus, există conceptul de arhitectură de segment , care implică împărțirea codului de intrare în mai multe grupuri. De obicei doi. Fiecare grup este procesat independent de segmentul său. Ieșirile tuturor segmentelor sunt combinate pentru a forma ieșirea DAC. Cea mai comună configurație a arhitecturii segmentului este următoarea: biții mici sunt procesați de un segment construit pe o arhitectură binară, biții înalți sunt procesați de un segment construit pe o arhitectură unară.
Tipuri de elemente de cântărire și modalități de formare a greutății
Convertoarele digital-analogic, indiferent de arhitectură, pot utiliza următoarele tipuri de componente ca element de ponderare a semnalului analogic: condensatori, rezistențe și surse de curent.
- Condensatoare. Acest tip de elemente de cântărire, atunci când sunt utilizate într-o arhitectură binară, poate avea fie cote care diferă de elementele vecine de 2 ori, fie au cote de 1 și 2 și formează un lanț de scară C -2 C .
- Rezistoare. Acest tip de elemente de cântărire are aceleași principii de construcție ca și condensatoarele. În plus, există implementări ale unor astfel de structuri bazate nu pe rezistențe, ci pe tranzistori care acționează ca rezistențe. Astfel de lanțuri se numesc M -2 M .
- Surse curente. Acesta este de obicei tranzistorul în modul de saturație. Utilizarea acestor tipuri de elemente de cântărire elimină nevoia de tampoane care sunt necesare pentru alte tipuri de elemente de cântărire.
Pentru a forma greutatea elementului de cântărire, există următoarele metode:
- Scalarea denominațională. Aplicabil oricărui tip de elemente de cântărire. Din punct de vedere al tehnologiei semiconductoare, aceasta este întotdeauna echivalentă cu scalarea dimensiunilor elementelor;
- Utilizarea structurii scării. Se aplică numai elementelor de cântărire capacitive și rezistive. În funcție de tipul elementului de cântărire, astfel de structuri se numesc R -2 R , C -2 C sau M -2 M (în locul rezistențelor se folosesc tranzistoare);
- Modificarea tensiunii de polarizare. Aplicabil numai surselor curente. Modificarea tensiunii de polarizare poate avea loc atât cu ajutorul unui circuit de generare a tensiunii de polarizare reglabil, cât și cu ajutorul injecției de sarcină pe poarta plutitoare. Acesta din urmă este aplicabil numai pentru tehnologiile speciale care prevăd formarea unei porți plutitoare la tranzistor. De regulă, acestea sunt tehnologii destinate fabricării de memorie nevolatilă.
Structuri ale DAC-urilor paralele rezistive și capacitive
Binar- Tip de ponderare DAC , în care fiecare bit al codului binar convertit corespunde unui rezistor sau unei surse de curent conectate la un punct de însumare comun. Puterea de curent a sursei (conductanța rezistorului) este proporțională cu greutatea bitului căruia îi corespunde. Astfel, toți biții non-zero ai codului sunt adăugați la greutate. Metoda de ponderare este una dintre cele mai rapide, dar se caracterizează printr-o precizie scăzută datorită necesității unui set de multe surse de precizie sau rezistențe diferite și o impedanță neconstantă . Din acest motiv, DAC-urile de ponderare sunt limitate la opt biți;
- Tip scară DAC ( lant R-2R circuit ). În DAC-ul R-2R, valorile sunt create într-un circuit special format din rezistențe cu rezistențe R și 2R , numită matrice de impedanță constantă , care are două tipuri de includere: matrice de curent continuu și matrice de tensiune inversă . Utilizarea acelorași rezistențe poate îmbunătăți semnificativ acuratețea în comparație cu un DAC de cântărire convențional, deoarece este relativ ușor să fabricați un set de elemente de precizie cu aceiași parametri. DAC tip R-2R vă permite să depășiți limitele capacității de biți. Cu tăierea cu laser a rezistențelor de film situate pe același substrat al unui microcircuit hibrid , se obține o precizie de 20-22 de biți. Majoritatea timpului de conversie este petrecut în amplificatorul operațional, așa că trebuie să aibă performanțe maxime. Viteza DAC-ului este de unități de microsecunde și mai mică (adică nanosecunde). În DAC-urile ternare, matricea de impedanță constantă constă din rezistențe 3R-4R cu un terminator 2R [1] .
- DAC bazat pe linia de rezistență .
Supraeșantionare DAC (DAC delta-sigma)
DAC-urile de supraeșantionare , cum ar fi DAC-urile delta-sigma , se bazează pe densitatea variabilă a pulsului. Supraeșantionarea vă permite să utilizați un DAC cu o adâncime de biți mai mică pentru a obține o adâncime de biți mai mare a conversiei finale; adesea un DAC delta-sigma este construit în jurul celui mai simplu DAC pe un bit, care este aproape liniar. Un DAC pe biți mici primește un semnal pulsat cu o densitate a impulsului modulată (cu o durată constantă a impulsului, dar cu un ciclu de lucru variabil ), creat folosind feedback negativ . Feedback-ul negativ acționează ca un filtru trece-înalt pentru zgomotul de cuantizare .
Majoritatea DAC-urilor mari (mai mult de 16 biți) sunt construite pe acest principiu datorită liniarității sale ridicate și costului scăzut. Viteza DAC-ului delta-sigma atinge sute de mii de mostre pe secundă, adâncimea de biți este de până la 24 de biți. Pentru a genera un semnal cu o densitate de impuls modulată, se poate folosi un modulator delta-sigma simplu de ordinul întâi sau de ordin superior ca MASH (în engleză Multi stage noise SHAping ). Pe măsură ce frecvența de supraeșantionare crește, cerințele pentru filtrul trece-jos de ieșire sunt relaxate și suprimarea zgomotului de cuantizare este îmbunătățită;
Vezi și
- Cuantizare (prelucrarea semnalului)
- Prelevarea de probe
- Covox
- Modem
- Sintetizator de calcul digital
- DAC pe 1 bit
Note
- ↑ Trinity 3-trit Fibonacci DAC (link inaccesibil) . Preluat la 24 octombrie 2015. Arhivat din original la 4 martie 2016.
Literatură
- Jean M. Rabai, Ananta Chandrakasan, Borivoj Nikolic. Circuite integrate digitale. Metodologie de proiectare = Circuite integrate digitale. - Ed. a II-a. - M. : Williams , 2007. - 912 p. — ISBN 0-13-090996-3 .
- Mingliang Liu. Demistificarea circuitelor condensatoare comutate. ISBN 0-75-067907-7 .
- Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg. Proiectarea circuitelor analogice CMOS. ISBN 0-19-511644-5 .
Link -uri
- Convertoare digital-analogic (DAC), teorie și principii de funcționare pe site-ul Piața de microelectronice
- Convertoare D/A pentru procesarea semnalului digital
- Măsurătorile INL/DNL pentru ADC-uri de mare viteză explică modul în care sunt calculate INL și DNL
- DAC-uri paralele
- Alexei Stahov . Fibonacci Computer Part 1 , Part 2 , Part 3 // PCweek.ru, 2002
- R-2R Ladder DAC explicat conține scheme
 Dicționare și enciclopedii | |
|---|---|
| În cataloagele bibliografice |
| Microcontrolere | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Arhitectură |
| |||||||
| Producătorii |
| |||||||
| Componente | ||||||||
| Periferie | ||||||||
| Interfețe | ||||||||
| OS | ||||||||
| Programare |
| |||||||