NAK NEK digitális-analóg átalakító ( Dacian , D / A , D2A , vagy D-től A-ig ) egy áramkör, amelynek célja a digitális bemeneti jel analóg kimeneti jellé alakítása. Az analóg-digitális átalakító (ADC) éppen ellenkezőleg működik, és az analóg bemeneti jelet digitális kimenetté alakítja.
Ebben a cikkben átfogóan megvitatjuk a digitális-analóg és az analóg-digitális átalakító áramkörök működését diagramok és képletek segítségével.
Az elektronikában folyamatosan változó feszültségeket és áramokat találhatunk, különböző tartományokban és nagyságrendekben.
A digitális áramkörökben a feszültségjel két formában van, akár logikai magas, akár logikai alacsony logikai szintként, amelyek 1 vagy 0 bináris értékeket képviselnek.
Az analóg-digitális átalakítókban (ADC) az analóg bemeneti jel digitális nagyságrendű, míg a digitális-analóg átalakító (DAC) a digitális nagyságrendet visszaalakítja analóg jellé.
Hogyan működnek a digitális-analóg átalakítók
A digitális-analóg átalakítási folyamat sokféle technikával végrehajtható.
Az egyik jól ismert módszer az ellenállások hálózatát használja, amelyet létrahálózatnak neveznek.
A létra hálózat úgy van kialakítva, hogy olyan bináris értékeket fogadjon el, amelyek általában 0 V vagy Vref értéknél bináris értékeket tartalmaznak, és a bináris bemenet nagyságának megfelelő kimeneti feszültséget szolgáltat.
Az alábbi ábra egy létra hálózatot mutat be, amely 4 bemeneti feszültséget használ, amelyek 4 bit digitális adat és egy egyenfeszültség kimenetet képviselnek.
A kimeneti feszültség arányos a digitális bemeneti értékkel, amelyet az egyenlet fejez ki:
A fenti példa megoldásával a következő kimeneti feszültséget kapjuk:
Mint látjuk, a 0110 digitális bemenetekét6 V analóg kimenetre konvertálódik
A létra hálózat célja a 16 lehetséges bináris nagyságrend megváltoztatása
0000-tól 1111-ig a 16 feszültségmennyiség egyikébe, V intervallummalref/ 16.
Ezért lehetséges lehet több bináris bemenet feldolgozása több létraegység befogadásával, és magasabb kvantálás minden egyes lépésre.
Jelentés: Tegyük fel, hogy ha 10 lépcsős létra hálózatot használunk, akkor lehetővé válik a feszültséglépés mennyiségének vagy a felbontás Vref/két10.vagy Vref/ 1024. Ebben az esetben, ha V referenciafeszültséget használtunkref= 10 V kimeneti feszültséget generál 10 V / 1024 lépésekben, vagy 10 mV körül.
Így ha több létraszintet adunk hozzá, akkor arányosan nagyobb felbontást kapunk.
Jellemzően a n a létra lépéseinek száma, ez a következő képlettel ábrázolható:
Vref/ kétn
DAC blokkdiagram
Az alábbi ábra egy létra hálózatot használó szabványos DAC blokkvázlatát mutatja, amelyet R-2R létra néven emlegetnek. Ez látható a referenciaáram-forrás és az áramkapcsolók között zárva.
Az áramkapcsolók összekapcsolódnak a bináris kapcsolókkal, így a kimeneti áram arányos a bemeneti bináris értékkel.
A bináris bemenetek átkapcsolják a létra megfelelő szárát, lehetővé téve a kimeneti áramot, amely az aktuális referencia súlyozott összege.
Szükség esetén ellenállások csatlakoztathatók a kimenetekhez az eredmény analóg kimenetként történő értelmezéséhez.
Hogyan működnek az analóg-digitális átalakítók
Eddig megbeszéltük, hogyan lehet digitálisvá alakítani analóg jeleket, most megtanuljuk az ellenkezőjét, vagyis az analóg jel átalakítását digitális jellé. Ez az úgynevezett jól ismert módszerrel valósítható meg kettős lejtésű módszer .
Az alábbi ábra a szokásos kettős meredekségű ADC konverter blokkvázlatát mutatja.
Itt egy elektronikus kapcsolót használnak a kívánt analóg bemeneti jel átvitelére egy integrátorba, amelyet más néven rámpagenerátornak is neveznek. Ez a rámpagenerátor kondenzátor formájában lehet, amelyet állandó áram tölt be a lineáris rámpa előállításához. Ez biztosítja a szükséges digitális konverziót egy számláló szakaszon keresztül, amely az integrátor pozitív és negatív meredekségi intervallumain egyaránt működik.
A módszer a következő leírással érthető:
A számláló teljes mérési tartománya határozza meg a rögzített időintervallumot. Ennél az intervallumnál az integrátorra alkalmazott analóg bemeneti feszültség hatására az összehasonlító bemeneti feszültség pozitív szintre emelkedik.
A fenti ábra (b) szakaszára hivatkozva látható, hogy az integrátor feszültsége a rögzített időintervallum végén magasabb, mint a nagyobb nagyságú bemeneti feszültség.
Amikor a rögzített időintervallum befejeződik, a számláló értéke 0, ami arra kéri az elektronikus kapcsolót, hogy csatlakoztassa az integrátort egy fix referencia bemeneti feszültségszinthez. Ezt követően az integrátor kimenete, amely egyben a kondenzátor bemenete is, állandó sebességgel kezd csökkenni.
Ebben az időszakban a számláló folyamatosan halad, miközben az integrátor kimenete folyamatosan csökken, amíg az összehasonlító referenciafeszültsége alá nem esik. Ez a komparátor kimenetének állapotváltoztatását idézi elő, és a vezérlési logikai szakaszban leállítja a számlálást.
A számlálón belül tárolt digitális nagyság az átalakító digitális kimenetévé válik.
A közös óra és integrátor fokozat használata mind a pozitív, mind a negatív meredekségintervallumokban valamilyen kompenzációt ad hozzá az órajel frekvenciájának sodródásának szabályozásához, és az integrátor pontossági határát.
Lehetséges lehet a számláló kimenetének méretezése a felhasználói preferenciák szerint a referencia bemeneti érték és az órajel megfelelő beállításával. Rendelkezhetünk számlálóval bináris, BCD vagy más digitális formátumban, ha szükséges.
A Ladder Network használata
Az analóg-digitális átalakítás megvalósításának másik ideális módja a létra hálózati módszere, amely számláló és összehasonlító szakaszokat használ. Ebben a módszerben egy számláló nullától kezdi meg a számlálást, amely egy létrahálózatot vezet, lépcsős lépcsőhöz hasonló lépcsős növekvő feszültséget generál (lásd az alábbi ábrát).
A folyamat lehetővé teszi a feszültség növekedését az egyes számlálási lépéseknél.
Egy összehasonlító figyeli ezt a növekvő lépcsőfeszültséget, és összehasonlítja az analóg bemeneti feszültséggel. Amint az összehasonlító érzékeli az analóg bemenet fölé kerülő lépcsőfeszültséget, a kimenete kéri a számlálás leállítását.
A számláló értéke ezen a ponton az analóg jel digitális megfelelőjévé válik.
A lépcsőjel lépései által generált feszültség változásának szintjét a felhasznált számláló bitek mennyisége határozza meg.
Például egy 12 fokozatú számláló, amely 10 V referenciát használ, egy 10 fokozatú létra hálózatot működtet a következő lépcsőfeszültségekkel:
Vref/két12.= 10 V / 4096 = 2,4 mV
Ez 2,4 mV konverziós felbontást hoz létre. Az átalakítás végrehajtásához szükséges időt a számláló órajel határozza meg.
Ha 1 MHz-es órajelet használnak egy 12 fokozatú számláló működtetésére, akkor az átalakításhoz szükséges maximális idő:
4096 x 1 μs = 4096 μs ≈ 4,1 ms
A másodpercenként elérhető legkevesebb konverzió a következő:
nem. konverziók = 1 / 4,1 ms ≈ 244 konverzió / másodperc
Az átalakítási folyamatot befolyásoló tényezők
Figyelembe véve, hogy egyes konverziók magasabbra, egyesek alacsonyabb számlálási időre lehet szükség, általában egy konverziós idő = 4,1 ms / 2 = 2,05 ms lehet jó érték.
Ez átlagosan 2 x 244 = 488 konverziót eredményez.
A lassabb órajel kevesebb konverziót jelentene másodpercenként.
Az alacsonyabb számlálási fokozatokkal (alacsony felbontású) dolgozó átalakító magasabb konverziós sebességgel rendelkezik.
Az átalakító pontosságát a kompartor pontossága határozza meg.
Korábbi: Hogyan számítsuk ki a ferritmagú transzformátorokat Következő: Ultrahangos üzemanyagszint jelző áramkör
