Pohjimmiltaan digitaali-analogimuunnos on analogia-digitaalimuunnoksen vastakohta. Useimmissa tapauksissa, jos analogia-digitaalimuunnin (ADC) sijoitetaan tietoliikennepiirin DAC:n taakse, digitaalinen signaalilähtö on täsmälleen sama kuin digitaalinen tulosignaali. Ja useimmissa tapauksissa, kun DAC sijoitetaan ADC:n taakse, analoginen lähtösignaali on täsmälleen sama kuin analoginen tulosignaali.
Binaariset digitaaliset pulssit voivat näyttää pitkän sarjan ykkösiä ja nollia täysin yksinään, millä ei ole ilmeistä merkitystä ihmistarkkailijoille. Mutta kun DAC:ta käytetään binaarisen digitaalisen signaalin dekoodaamiseen, ulostulon rikas merkitys paljastuu. Tämä tulos voi olla tekstiä, kuvia tai mekaanisia toimintoja.
DAC ja ADC ovat erittäin tärkeitä joissakin digitaalisia signaaleja käsittelevissä sovelluksissa. Analogisen signaalin ymmärrettävyyttä tai tarkkuutta voidaan parantaa muuntamalla analoginen tulosignaali digitaaliseen muotoon ADC:n avulla, jonka jälkeen digitaalinen signaali "puhdistetaan" ja lopullinen digitaalinen pulssi muunnetaan uudelleen analogiseksi signaaliksi käyttämällä DAC.
Perusperiaate
Digitaalinen määrä koostuu numeroista yksitellen, ja jokainen numero edustaa tiettyä tehoa. Esimerkiksi binääriluku 1001, suurimman bitin painoarvo on 23=8, tämän bitin koodi 1 edustaa arvoa 1*23=8; alimman bitin paino on 20=1, tämän bitin koodi 1 edustaa arvoa 1*20 =1; muut numerot ovat kaikki 0, joten binääriluku 1001 on yhtä suuri kuin desimaaliluku 9.
Digitaalisen suuren muuttamiseksi analogiseksi suureksi on jokainen numero muutettava vastaavaksi analogiseksi suureeksi painon mukaan ja sitten analogiset suureet lasketaan yhteen, jotta saatu analoginen kokonaismäärä vastaa Annettua dataa.
D/A-muuntimen pääkomponentti on vastuskytkinverkko. Yleensä syötetyn binääriluvun bitit ohjaavat joitain kytkimiä. Suhteelliset virrat, nämä virrat lisätään ja muunnetaan operaatiovahvistimilla analogisiksi jännitteiksi, jotka ovat verrannollisia binäärilukuihin.
D/A-muunnoksen periaatepiiri on esitetty kuvassa 5-1. Se on vertailujännite riittävän tarkasti. Jokainen aravahvistimen tuloliittimen haara vastaa 0:ta ja ensimmäistä muunnettavaa dataa. 1 bitti,..., n-1 bitti. Haaran kytkintä ohjataan vastaavalla numerolla. Jos numero on "1", vastaava kytkin on kiinni; jos numero on "0", vastaava kytkin on auki. Kunkin tulohaaran resistanssit ovat R, 2R, 4R, ... Näitä resistanssit kutsutaan painoresistanssiksi. Ne muuntavat digitaaliset suureet sähköisiksi analogisiksi suureiksi, toisin sanoen muuntavat binaariset digitaaliset suureet sähköanalogisiksi suureiksi, jotka ovat verrannollisia niiden arvoon.
Tulosindikaattori
Resoluutio
Resoluutio viittaa binäärinumeroiden määrään, jonka D/A-muunnin voi muuntaa. Mitä enemmän numeroita, sitä suurempi resoluutio. D/A-muuntimelle, jonka resoluutio on n bittiä, selvitettävä tulosignaali on 1/2n täydestä asteikosta.
Esimerkiksi: 8-bittinen D/A-muunnin, jos koko jännitealue on 5V, pienin ratkaistava jännite on 5V/28≈20mV, 10-bittinen D/A-muunnin, jos jännite on täynnä Jos alue on 5V, pienin erotettava jännite on 5V/210≈5mV.
Muunnosaika
Muunnosaika tarkoittaa aikaa, joka tarvitaan D/A-muuntimelle digitaalitulosta vakaaseen lähtöön. Muunnosaikaa kutsutaan myös piiloajaksi tai asetusajaksi. Kun lähtöanaloginen määrä on jännite, asettumisaika on pidempi, lähinnä operaatiovahvistimen ulostuloon tarvittava aika. Kuvassa 5-2 näkyvä ts on muunnosaika.
Muunnostarkkuus
Muunnostarkkuus viittaa D/A-muuntimen todellisen lähdön ja teoreettisen arvon väliseen virheeseen. Muunnostarkkuus voidaan jakaa absoluuttiseen tarkkuuteen ja suhteelliseen tarkkuuteen.
(1) Absoluuttisella tarkkuudella tarkoitetaan eroa D/A-muuntimen lähtöliitännässä mitatun todellisen analogisen lähtöarvon (virta tai jännite) ja tiettyä digitaalista suuretta vastaavan teoreettisen arvon välillä. Absoluuttisen tarkkuuden määräävät kattavat tekijät, kuten vahvistusvirhe, lineaarisuusvirhe ja D/A-muunnoksen kohina.
(2) Suhteellisella tarkkuudella tarkoitetaan eri digitaalisten tulojen analogialähtöjen ja teoreettisen arvon eroa nollapisteen ja täyden asteikon arvon kalibroinnin jälkeen, ja eri tulojen virhe voidaan piirtää käyrään. Lineaarisen D/A-muunnoksen suhteellinen tarkkuus on epälineaarisuus.
Tarkkuus käyttää yleensä mittayksikkönä digitaalisen suuren vähiten merkitsevää numeroa, joka on yleensä ± 1/2 LSB. Jos kyseessä on esimerkiksi 8-bittinen D/A-muunnin, muunnostarkkuus on ±(1/2)*(1/256) = ±1/512.
Lineaarinen virhe
Lineaarivirhettä käytetään kuvaamaan D/A-muunnoslähdön sähköisen analogisen lähdön muutosastetta suhteellisessa suhteessa digitaalisen suuren muuttuessa. Analogilähdön suurinta poikkeamaa ideaalisesta lähdöstä kutsutaan lineaarisuusvirheeksi.
Lämpötilakerroin
Lämpötilakerroin viittaa parametrien, kuten vahvistuksen, lineaarisuuden, nollapisteen ja offsetin, muutokseen jokaista 1℃ lämpötilan muutosta kohden määritetyllä alueella. Lämpötilakerroin vaikuttaa suoraan muunnostarkkuuteen.
Luokittelu
Integroituja D/A-muuntimia on monenlaisia, ja luokitusmenetelmiä on useita:
1) Muuntomenetelmiensä mukaan ne voidaan jakaa rinnakkaisiin ja sarjamuotoisiin;
2) Tuotantoprosessin mukaan se voidaan jakaa bipolaariseen tyyppiin (TTL-tyyppi) ja CMOS-tyyppiin jne., Niiden tarkkuus ja nopeus ovat erilaisia;
3) Resoluution mukaan se voidaan jakaa 8-bittiseen, 10-bittiseen, 12-bittiseen, 16-bittiseen jne.;
4) Lähtötilan mukaan se voidaan jakaa kahteen tyyppiin: jännitteen lähtötyyppi ja virran lähtötyyppi.
Peruspiiri
T-tyyppinen vastusverkko
Kuva 9-3 on kaaviokuva 4-bittisestä D/A-muuntimesta, jossa on T-tyyppinen vastusverkko. Kuvan 9-3 resistanssin dekoodausverkko on T-tyyppinen vastusverkko, joka koostuu kahdesta vastuksesta, R ja 2R, ja operaatiovahvistin muodostaa jänniteseuraajan. Kuvassa 9-3 datasalpa ja elektroniset kytkimet S3 ja S2 on jätetty pois. , S1, S0 ovat binääriluvun D vastaavan bitin ohjauksessa tai kytkettynä referenssijännitteeseen VR (vastaava bitti on 1) tai maadoitettu (vastaava bitti on 0). Kun elektroniset kytkimet S3, S2, S1 ja S0 ovat kaikki maadoitettuja, vastaava resistanssi katsottuna mistä tahansa solmusta a, b, c, d vasemmassa alakulmassa on yhtä suuri kuin R.
Seuraavassa käytetään superpositioperiaatetta ja Thevenin-lausetta muuntimen lähdön U0 löytämiseen.
Kun D0 toimii yksin, T-tyyppinen vastusverkko on esitetty kuvassa 9-4 (a). Pisteen a vasen alaosa vastaa Thevenin-virtalähdettä, kuten kuvassa 9-4 (b); silloin pisteiden b, c ja d vasemmanpuoleiset piirit vastaavat vastaavasti Thevenin-virtalähdettä, kuten kuvassa 9 näkyy - kuviot (c), (d) ja (e) kuvassa 4. Koska tulovastus jänniteseuraajan jännite on erittäin suuri, paljon suurempi kuin R, joten kun D0 toimii yksin, potentiaali kohdassa d on melkein Thevenin-virtalähteen avoimen piirin jännite D0VR/16, ja muuntimen lähtö tällä hetkellä on
< /p>
When D1 acts alone, the T-tyyppinen vastusverkko is shown in Figure 9-5 (a), and the Thevenin of the lower left circuit at point d is equivalent to Figure 9-5 (b) Shown. Similarly, the Thevenin equivalent power supply of the lower left circuit at point d when D2 is acting alone is shown in Figure 9-5 (c); when D3 is acting alone, the Thevenin equivalent power supply of the lower left circuit at point d is shown in Figure 9-5. Figure (d) shows. Therefore, when D1, D2, and D3 are acting separately, the output of the converter is >
Voidaan nähdä, että ulostulon analoginen jännite on verrannollinen digitaalituloon. Yleistettynä n-bittiseksi D/A-muuntimen lähtö on
Koska T-tyyppinen vastusverkko käyttää vain R- ja 2R-vastuksia, sen tarkkuutta on helppo parantaa, On myös helppo valmistaa integroituja piirejä. T-tyypin vastusverkossa on kuitenkin myös seuraavat puutteet: Työprosessissa T-tyyppinen verkko vastaa siirtojohtoa. Kestää tietyn lähetysajan vastuksen alusta vakaan virran ja jännitteen muodostumiseen operaatiovahvistimen tuloon. Kun digitaalisignaali syötetään Kun numeroiden määrä on suuri, se vaikuttaa D/A-muuntimen toimintanopeuteen. Lisäksi muuntimen referenssijännitteen VR kuormitusvastuksena käytetty vastusverkko vaihtelee binääriluvun D eron mukaan, mikä voi vaikuttaa referenssijännitteen stabiilisuuteen. Käytännössä käytetään siis yleisesti seuraavia käänteisiä T-tyypin D/A-muuntimia.
Käänteinen T-vastusverkko
Kuva 9-6 on kaaviokuva käänteisen T-vastuksen verkko-D/A-muuntimesta. Koska piste P on maadoitettu ja piste N on virtuaalimaa, riippumatta siitä, ovatko luvut D0, D1, D2 ja D3 0 vai 1, elektroniset kytkimet S0, S1, S2 ja S3 vastaavat kaikki maadoitusta. Siksi kuvan 9-6 haaravirtojen I0, I1, I2, I3 ja IR suuruudet eivät muutu binäärilukujen erosta johtuen. Lisäksi minkä tahansa solmun a, b, C, d vasemmasta yläkulmasta katsottuna ekvivalenttiresistanssi on yhtä suuri kuin R, joten VR:stä ulos tuleva kokonaisvirta on
ja joka virtaa jokaiseen 2R haaraan Piirin virta on seuraava
Operaatiovahvistimen invertoivaan liittimeen virtaava virta on
p>Operaatiovahvistimen lähtöjännite on
Jos Rf=R ja IR=VR/R on substituoitu yllä olevaan kaavaan, on olemassa
Voidaan nähdä, että ulostulon analoginen jännite on verrannollinen digitaalituloon. Yleistettynä n-bittiseksi D/A-muuntimen lähtö on
Käänteinen T-tyyppinen vastusverkko käyttää myös vain R- ja 2R-vastuksia, mutta se ei ole sama kuin T-tyypin vastus. Verrattuna vastusverkkoon, koska kunkin haaran virta on aina läsnä ja vakio, kunkin haaran virralla ei ole siirtoaikaa operaatiovahvistimen invertoivaan tuloon, joten sillä on suurempi muunnosnopeus.