DAC hoạt động theo nguyên lý phân chia điện áp. Bộ chuyển đổi analog sang digital và digital sang analog. Mạch DAC có tổng các dòng trọng lượng

DAC với điều chế độ rộng xung

DAC tụ chuyển mạch nối tiếp

DAC song song

DAC với tổng trọng lượng dòng điện
DAC trên các nguồn hiện tại
Sự hình thành tín hiệu đầu ra dưới dạng điện áp
DAC tụ chuyển mạch song song
DAC với tổng điện áp

Giao diện chuyển đổi D/A

DAC với giao diện nối tiếp dữ liệu đầu vào
DAC với giao diện dữ liệu đầu vào song song

Ứng dụng DAC

Xử lý số đã ký
Hàm nhân và hàm chia
Bộ suy giảm và bộ tích hợp trên DAC
Hệ thống tổng hợp tín hiệu số trực tiếp

thông số DAC

Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự

Bộ chuyển đổi số sang tương tự (DAC) được thiết kế để chuyển đổi một số, thường được định nghĩa là mã nhị phân, theo điện áp hoặc dòng điện, tỷ lệ thuận với giá trị mã kỹ thuật số. Mạch của bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự rất đa dạng. Trong bộ lễ phục. Hình 1 cho thấy sơ đồ phân loại của DAC theo đặc điểm mạch của nó. Ngoài ra, IC của bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự được phân loại theo các tiêu chí sau:

Theo loại tín hiệu đầu ra: với đầu ra dòng điện và đầu ra điện áp
Theo loại giao diện kỹ thuật số: với đầu vào nối tiếp và với đầu vào song song của mã đầu vào
Theo số lượng DAC trên chip: đơn kênh và đa kênh
Theo tốc độ: tốc độ vừa phải và cao

Cơm. 1. Phân loại DAC

DAC với tổng trọng lượng dòng điện

Hầu hết các mạch DAC song song đều dựa trên tổng của các dòng điện, cường độ của mỗi dòng tỷ lệ thuận với trọng lượng của bit nhị phân kỹ thuật số và chỉ nên tính tổng các dòng bit có giá trị bằng 1. Ví dụ: giả sử bạn muốn. để chuyển đổi mã nhị phân 4 bit thành tín hiệu dòng điện tương tự. Chữ số thứ tư, có ý nghĩa nhất (MSB) sẽ có trọng số là 2 3 =8, chữ số thứ ba sẽ có 2 2 =4, chữ số thứ hai sẽ có 2 1 =2, và chữ số có ý nghĩa nhỏ nhất sẽ có 2 0 =1. Nếu trọng lượng của MZR TÔI MZR = 1 mA thì TÔI SZR = 8 mA và dòng điện đầu ra tối đa của bộ chuyển đổi TÔIđầu ra tối đa = 15 mA và tương ứng với mã 1111 2. Rõ ràng là mã 1001 2 chẳng hạn sẽ tương ứng với TÔI ra = 9 mA, v.v. Do đó, cần phải xây dựng một mạch đảm bảo việc tạo và chuyển đổi dòng điện cân chính xác theo các định luật đã cho. Sơ đồ đơn giản nhất thực hiện nguyên tắc này được hiển thị trong Hình. 3.

VỚI Điện trở của các điện trở được chọn sao cho khi đóng công tắc, một dòng điện tương ứng với trọng lượng phóng điện sẽ chạy qua chúng. Khóa phải được đóng khi bit tương ứng của từ đầu vào bằng một. Dòng điện đầu ra được xác định bởi mối quan hệ

Với dung lượng bit cao của DAC, các điện trở cài đặt dòng điện phải được kết hợp với độ chính xác cao. Các yêu cầu về độ chính xác nghiêm ngặt nhất được áp dụng cho các điện trở có chữ số cao nhất, vì độ phân tán dòng điện trong chúng không được vượt quá dòng điện của chữ số bậc thấp. Vì vậy, sự kháng cự lan rộng trong k-chữ số thứ phải nhỏ hơn

R/R=2 – k

Từ điều kiện này, suy ra rằng độ rộng của điện trở, ví dụ, ở chữ số thứ tư không được vượt quá 3% và ở chữ số thứ 10 – 0,05%, v.v.

Sơ đồ được xem xét, vì tất cả sự đơn giản của nó, có rất nhiều nhược điểm. Thứ nhất, đối với các mã đầu vào khác nhau, dòng điện tiêu thụ từ nguồn điện áp tham chiếu (RPS) sẽ khác nhau và điều này sẽ ảnh hưởng đến giá trị của điện áp đầu ra RES. Thứ hai, giá trị điện trở của các điện trở trọng lượng có thể khác nhau hàng nghìn lần và điều này khiến việc triển khai các điện trở này trong IC bán dẫn trở nên rất khó khăn. Ngoài ra, điện trở của các điện trở bậc cao trong DAC nhiều bit có thể tương đương với điện trở của công tắc đóng và điều này sẽ dẫn đến lỗi chuyển đổi. Thứ ba, trong mạch này, điện áp đáng kể được đặt vào các công tắc mở, điều này làm phức tạp việc xây dựng chúng.

Những thiếu sót này đã được loại bỏ trong mạch DAC AD7520 (tương tự trong nước 572PA1), được phát triển bởi Analog Devices vào năm 1973, hiện nay về cơ bản là tiêu chuẩn công nghiệp(nhiều mẫu DAC nối tiếp được tạo ra dựa trên nó). Sơ đồ được chỉ định được hiển thị trong Hình. 4. Ở đây sử dụng bóng bán dẫn MOS làm công tắc.

Cơm. 4. Mạch DAC có công tắc và ma trận trở kháng không đổi

Trong mạch này, việc thiết lập hệ số trọng số của các tầng chuyển đổi được thực hiện bằng cách chia tuần tự điện áp tham chiếu bằng ma trận điện trở có trở kháng không đổi. Thành phần chính của ma trận như vậy là bộ chia điện áp (Hình 5), phải thỏa mãn điều kiện sau: nếu nó được nạp điện trở R n thì trở kháng đầu vào của nó R inx cũng phải lấy giá trị R N. Hệ số suy yếu chuỗi = bạn 2 /bạn 1 ở tải này phải có giá trị được chỉ định. Khi các điều kiện này được đáp ứng, chúng ta thu được các biểu thức sau cho điện trở:

theo Hình 4.

Vì ở bất kỳ vị trí nào của công tắc S k chúng kết nối các cực dưới của điện trở với bus mạch chung, nguồn điện áp tham chiếu được tải với trở kháng đầu vào không đổi R trong = R. Điều này đảm bảo rằng điện áp tham chiếu không thay đổi đối với bất kỳ mã đầu vào DAC nào.

Theo hình. 4, dòng điện đầu ra của mạch được xác định bởi mối quan hệ

và dòng điện đầu vào

Vì các cực dưới của điện trở 2 R ma trận cho bất kỳ trạng thái chuyển đổi nào S kđược nối với bus mạch chung thông qua điện trở thấp của các công tắc đóng, điện áp trên các công tắc luôn nhỏ, trong khoảng vài milivolt. Điều này giúp đơn giản hóa việc xây dựng các công tắc và mạch điều khiển, đồng thời cho phép sử dụng điện áp tham chiếu trong phạm vi rộng, bao gồm các cực khác nhau. Vì dòng điện đầu ra DAC phụ thuộc vào bạn op tuyến tính (xem (8)), các bộ chuyển đổi loại này có thể được sử dụng để nhân tín hiệu tương tự(áp dụng nó cho đầu vào điện áp tham chiếu) cho mã kỹ thuật số. DAC như vậy được gọi là nhân lên(MDAC).

Độ chính xác của mạch này bị giảm đi do đối với các DAC bit cao cần phải phù hợp với điện trở R 0 công tắc có dòng phóng điện. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các khóa bậc cao. Ví dụ: trong AD7520 DAC 10 bit, các MOSFET chính của sáu bit quan trọng nhất được tạo ra khác nhau về diện tích và điện trở của chúng. R 0 tăng theo mã nhị phân (20, 40, 80,..., 640 Ohms). Bằng cách này, điện áp rơi trên các công tắc của sáu bit đầu tiên được cân bằng (lên đến 10 mV), đảm bảo tính đơn điệu và tuyến tính của đáp ứng nhất thời DAC. DAC 572PA2 12 bit có độ phi tuyến vi sai lên tới 0,025% (1 LSB).

Hãy bắt đầu từ đầu. Nhạc kỹ thuật số là một dạng trung gian (dễ di chuyển) giữa bản gốc analog và bản sao analog. Hoàn hảo hệ thống âm thanh tạo một bản sao ở cuối giống hệt với bản gốc. Nó chưa đạt 100% nhưng trong 20 năm qua chúng ta đã ngày càng tiến gần hơn tới nó. Hai thành phần quan trọng của quá trình này là - bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số(ADC) cho phòng thu và bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) cho. Hãy bắt đầu bằng cách xem xét quá trình ADC.

Công việc của ADC là liên tục đo biên độ (độ to) của sóng âm áp suất điện đến (điện áp điện) và xuất ra các phép đo này dưới dạng một danh sách dài các byte nhị phân. Do đó, một “bức tranh” toán học được tạo ra từ dạng sóng. Đừng lo lắng về bit và byte. Đối với mục đích của chúng tôi, đây chỉ là những con số. Vì vậy, có phải chúng ta đang ghi lại tín hiệu này và cố gắng tạo lại nó? Kết quả là dạng sóng đơn trong ví dụ của chúng tôi là tương tự hoặc được sao chép ở tất cả các tần số từ tất cả các nhạc cụ bắt nguồn từ không khí trong phòng thu và kết hợp một cách tự nhiên trong không khí và đến một điểm micrô theo một thứ tự nhất định dưới dạng một âm thanh tương tự một cách tự nhiên, điều này được màng nhĩ của chúng ta xử lý để nghe được.

Nó không thể đếm được một số lượng lớn tần số từ tất cả các nhạc cụ và sóng hài của chúng và nhận được từ sự phản xạ của căn phòng (sân khấu âm thanh), được kết hợp một cách tự nhiên trong không khí và được “mã hóa” một cách tự nhiên thành một phức hợp, và đó là sự thật ban đầu về âm nhạc tại thời điểm đó mà chúng ta đang cố gắng sao chép chính xác. Bây giờ về bản chất kỹ thuật số và di động
Tốc độ lấy mẫu đã được xác định và ADC thực hiện công việc của mình và dữ liệu giờ đây được tạo đơn giản trong tập tin lớn tuy nhiên, về số lượng, chúng có thể được thay đổi thành vô số định dạng và được vận chuyển, sao chép trên khắp thế giới và cuối cùng được trình bày trong phòng nghe của bạn cho DAC của bạn. Bit sẽ hoàn hảo nếu tính toàn vẹn của tệp được duy trì, tức là. như nhau giá trị số, được tạo trong ADC - được trình bày cho DAC của bạn. Nếu vậy thì dữ liệu sẽ hoàn hảo. phát lại DAC DAC đọc dữ liệu số từ một tệp và cố gắng tạo lại bản sao của tín hiệu analog gốc đã được ghi cách đây một thời gian.

Các loại DAC và cách chúng hoạt động DAC là một mạch chuyển đổi dữ liệu số thành âm thanh tương tự điện liên tục để tái tạo trên thiết bị hoặc tai nghe chất lượng cao. Biên độ biểu thị số kỹ thuật số, xảy ra dựa trên tốc độ lấy mẫu (ví dụ: 44.100 lần mỗi giây). Quá trình này rất giống với một băng chuyền vô tận với những chiếc bình rỗng di chuyển qua một trạm xăng. Kích thước của bình là cố định và tốc độ chúng đi qua được xác định bởi tốc độ lấy mẫu. Mục tiêu là đổ đầy từng bình chính xác đến mức được chỉ định trong nhạc. Có ba kỹ thuật được sử dụng để đạt được mục tiêu này; Thang đo độ lớn dấu hiệu Delta Sigma, Ladder và MSB. Delta Sigma DAC (Một bit) Mỗi mẫu hoặc bình được đổ đầy đến đúng mức bằng nhiều cốc đo để rót và đạt mục tiêu.
"Một bit" là cốc đo lường đầy hoặc rỗng. Với 64 lần lấy mẫu quá mức, cốc chỉ bằng 1/64 thể tích của bình. Đó là một chiếc cốc khá tệ và không đủ chính xác. Chiếc cốc sẽ phải bằng 1/16.777.216 thể tích của cái bình mới bằng . Lọc là quan trọng ở đây.

Thang DAC

Thang DAC khác biệt ở chỗ thay vì một cốc đo (hoặc bit), toàn bộ dòng cốc có sẵn, từ rất nhỏ đến rất . Bất kỳ sự kết hợp nào của cốc đều có thể được sử dụng để đổ đầy chính xác từng bình. Không cần lọc nhưng độ chính xác được xác định bằng độ không đảm bảo tổng hợp của tất cả các cốc được sử dụng.

Thang cường độ dấu hiệu DAC MSB

MSB Sign Magnitude Ladder DAC giống như một Ladder DAC, được tinh chỉnh và xử lý theo hai cách. Bởi vì cốc thường đầy 1/2 khi uống xong và bắt đầu với 1/2 cốc đầy thay vì rỗng. Từ đó, chúng tôi lại sử dụng nhiều loại cốc đo lường để cộng hoặc trừ mỗi cốc.
Vì mỗi bình được đổ đầy chính xác nên không cần lọc. Bởi vì thính giác của chúng ta nhạy cảm nhất với âm thanh ở mức độ thấp nên DAC của chúng tôi chính xác nhất ở khoảng 1/2 đầy đủ khi chúng tôi sử dụng mức nhỏ nhất và nhiều nhất phép đo chính xác cốc Còn việc lấy mẫu lại thì sao? Lấy mẫu đồng bộ MSB chỉ đơn giản có nghĩa là thêm một ngân hàng khác vào giữa các ngân hàng hiện có và di chuyển chúng nhanh hơn về sau. Nhìn bao nhiêu lon trước và sau lon rỗng mới tính là đầy. Lời cuối cùng về DAC Cách ban đầu Sony và Philips sẽ chuyển đổi thông tin số DAC Ladder (thang), thêm các điện trở mà khi kết nối trông giống như một cái thang (do đó có tên như vậy). Nhưng điều này rất khó để Philips chế tạo vì khó có được điện trở đủ chính xác vì DAC 1541 không chính xác. Tuy nhiên, nó vẫn có âm thanh tốt hơn DAC Delta Sigma thế hệ tiếp theo. Ladder DAC hấp dẫn về mặt kỹ thuật vì nó giống như một quy trình thụ động (không xử lý dưới bất kỳ hình thức nào, vâng, tôi biết bản thân mình, chuyển đổi là một quá trình), có nghĩa là không có hoạt động lấy mẫu và xử lý trung bình, chỉ có các điện trở đơn giản không có tốc độ giới hạn. Thang MSB là chính xác nhất. Điện trở nhanh hơn - hơn 5 MHz. Nó có độ ồn 160 dB. Và đây là những DAC chính xác hơn và có độ chính xác cao nhất trong thế giới hiện đại.

Chuyển đổi công nghệ ky thuật sô(DAC) là thiết bị chuyển đổi mã số thành tín hiệu tương tự với cường độ tỷ lệ thuận với giá trị của mã.

DAC được sử dụng để kết nối các hệ thống điều khiển kỹ thuật số với các thiết bị được điều khiển bằng mức tín hiệu analog. Ngoài ra, DAC còn một phần không thể thiếu trong nhiều cấu trúc thiết bị và bộ chuyển đổi tương tự sang số.

DAC được đặc trưng bởi chức năng chuyển đổi. Nó liên quan đến sự thay đổi trong mã kỹ thuật số với sự thay đổi về điện áp hoặc dòng điện. Hàm chuyển đổi DAC được thể hiện như sau

bạn ra ngoài- Giá trị điện áp đầu ra tương ứng với mã số Ninh, được cung cấp cho đầu vào DAC.

bạn tối đa- tối đa điện áp đầu ra, tương ứng với việc áp dụng mã tối đa cho đầu vào N tối đa

Kích cỡ K DAC, được xác định bằng tỷ số, được gọi là hệ số chuyển đổi số sang tương tự. Bất chấp tính chất từng bước của đặc tính liên quan đến sự thay đổi rời rạc trong giá trị đầu vào (mã kỹ thuật số), người ta tin rằng DAC là bộ chuyển đổi tuyến tính.

Nếu giá trị Ninhđược biểu diễn thông qua các giá trị trọng số của các chữ số của nó, hàm biến đổi có thể được biểu diễn như sau

, Ở đâu

Tôi- số chữ số của mã đầu vào Ninh; A tôi- nghĩa Tôi chữ số thứ (không hoặc một); Ui – trọng lượng Tôi-loại thứ; n – số bit của mã đầu vào (số bit của DAC).

Trọng lượng của bit được xác định cho dung lượng bit cụ thể và được tính bằng công thức sau

U OP - Điện áp tham chiếu DAC

Nguyên lý hoạt động của hầu hết các DAC là tổng hợp các phần tín hiệu tương tự (trọng số phóng điện), tùy thuộc vào mã đầu vào.

DAC có thể được thực hiện bằng cách sử dụng tổng dòng điện, tổng điện áp và phân chia điện áp. Trong trường hợp thứ nhất và thứ hai, theo giá trị của các bit của mã đầu vào, tín hiệu của máy phát hiện tại và nguồn E.M.F được tổng hợp. Phương pháp cuối cùng là bộ chia điện áp được điều khiển bằng mã. Hai phương pháp cuối cùng không được sử dụng rộng rãi do những khó khăn thực tế khi thực hiện.

Các phương pháp triển khai DAC với tổng dòng điện có trọng số

Chúng ta hãy xem xét việc xây dựng một DAC đơn giản với tổng các dòng điện có trọng số.

DAC này bao gồm một bộ điện trở và một bộ công tắc. Số lượng phím và số điện trở bằng số bit N mã đầu vào. Giá trị điện trở được chọn theo quy luật nhị phân. Nếu R=3 Ohms thì 2R=6 Ohms, 4R=12 Ohms, v.v., tức là. Mỗi điện trở tiếp theo lớn hơn 2 lần so với điện trở trước. Khi nối nguồn điện áp và đóng công tắc, dòng điện sẽ chạy qua từng điện trở. Giá trị hiện tại của các điện trở nhờ lựa chọn giá trị phù hợp cũng sẽ được phân bố theo định luật nhị phân. Khi gửi mã nhập cảnh Ninh Các phím được bật theo giá trị của các bit tương ứng của mã đầu vào. Khóa được đóng nếu bit tương ứng bằng 1. Trong trường hợp này, dòng điện được tổng hợp trong nút, tỷ lệ thuận với trọng số của các bit này và cường độ của dòng điện chạy từ toàn bộ nút sẽ tỷ lệ thuận với giá trị của mã đầu vào. Ninh.

Điện trở của các điện trở ma trận được chọn khá lớn (hàng chục kOhms). Vì vậy, trong hầu hết các trường hợp thực tế, DAC đóng vai trò là nguồn cung cấp dòng cho tải. Nếu cần lấy điện áp ở đầu ra của bộ chuyển đổi, thì bộ chuyển đổi điện áp hiện tại sẽ được lắp đặt ở đầu ra của DAC đó, chẳng hạn như trên bộ khuếch đại hoạt động.

Tuy nhiên, khi mã thay đổi ở đầu vào DAC, lượng dòng điện lấy từ nguồn điện áp tham chiếu sẽ thay đổi. Đây là nhược điểm chính của phương pháp xây dựng DAC này. . Phương pháp xây dựng này chỉ có thể được sử dụng nếu nguồn điện áp tham chiếu có điện trở trong thấp. Trong trường hợp khác, tại thời điểm mã đầu vào thay đổi, dòng điện lấy từ nguồn thay đổi, dẫn đến sụt áp trên nó thay đổi. sức đề kháng nội bộ và đến lượt nó, dẫn đến sự thay đổi bổ sung ở dòng điện đầu ra không liên quan trực tiếp đến việc thay đổi mã. Cấu trúc của DAC với các switch chuyển mạch cho phép chúng ta loại bỏ nhược điểm này.

Trong cấu trúc như vậy có hai nút đầu ra. Tùy thuộc vào giá trị của các bit của mã đầu vào, các khóa tương ứng được kết nối với nút được kết nối với đầu ra của thiết bị hoặc với nút khác, nút này thường được nối đất nhất. Trong trường hợp này, dòng điện chạy liên tục qua từng điện trở của ma trận, bất kể vị trí của công tắc và lượng dòng điện tiêu thụ từ nguồn điện áp tham chiếu là không đổi.

Nhược điểm chung của cả hai cấu trúc được xem xét là tỷ lệ lớn giữa giá trị nhỏ nhất và lớn nhất của điện trở ma trận. Đồng thời, mặc dù sự khác biệt lớnđịnh mức điện trở, cần phải đảm bảo độ chính xác tuyệt đối như nhau cho cả định mức điện trở lớn nhất và nhỏ nhất. Trong thiết kế DAC tích hợp có hơn 10 bit, điều này khá khó đạt được.

Cấu trúc dựa trên vật liệu điện trở không có tất cả các nhược điểm trên. R-2R ma trận

Với cấu trúc ma trận điện trở này, dòng điện ở mỗi nhánh song song tiếp theo nhỏ hơn hai lần so với nhánh trước. Sự hiện diện của chỉ hai giá trị điện trở trong ma trận giúp việc điều chỉnh giá trị của chúng khá dễ dàng.

Dòng điện đầu ra của mỗi cấu trúc được trình bày đồng thời không chỉ tỷ lệ với giá trị của mã đầu vào mà còn tỷ lệ với giá trị của điện áp tham chiếu. Người ta thường nói rằng nó tỷ lệ thuận với tích của hai đại lượng này. Vì vậy, những DAC như vậy được gọi là bộ nhân. Mọi người sẽ có những tài sản này ĐẮC, trong đó việc hình thành các giá trị dòng điện có trọng số tương ứng với trọng lượng phóng điện được thực hiện bằng ma trận điện trở.

Ngoài việc được sử dụng cho mục đích đã định, các DAC nhân còn được sử dụng làm bộ nhân tương tự sang số, làm điện trở và độ dẫn điện được điều khiển bằng mã. Chúng được sử dụng rộng rãi như các thành phần trong việc xây dựng các bộ khuếch đại, bộ lọc, bộ lọc, nguồn điện áp tham chiếu, bộ điều hòa tín hiệu, v.v.

Các thông số cơ bản và lỗi của DAC

Các thông số chính có thể được nhìn thấy trong thư mục:

1. Number bit – số bit của mã đầu vào.

2. Hệ số chuyển đổi – tỷ lệ giữa mức tăng tín hiệu đầu ra và mức tăng tín hiệu đầu vào đối với hàm chuyển đổi tuyến tính.

3. Thời gian thiết lập điện áp đầu ra hoặc dòng điện - khoảng thời gian kể từ thời điểm thay đổi nhất định mã ở đầu vào DAC cho đến thời điểm mà điện áp hoặc dòng điện đầu ra cuối cùng đi vào vùng có chiều rộng của chữ số có nghĩa nhỏ nhất ( MZR).

4. Tần số tối đa biến đổi – tần suất thay đổi mã cao nhất mà tại đó thông số quy định tuân thủ các tiêu chuẩn đã được thiết lập.

Có các thông số khác đặc trưng cho hiệu suất của DAC và các tính năng hoạt động của nó. Chúng bao gồm: điện áp đầu vào thấp và cấp độ cao, mức tiêu thụ hiện tại, điện áp đầu ra hoặc phạm vi hiện tại.

Các thông số quan trọng nhất đối với DAC là những thông số xác định đặc tính chính xác của nó.

Đặc tính chính xác của từng DAC , Trước hết, chúng được xác định bởi các lỗi được chuẩn hóa về độ lớn.

Lỗi được chia thành động và tĩnh. Lỗi tĩnh là các lỗi còn sót lại sau khi hoàn thành tất cả các quá trình nhất thời liên quan đến việc thay đổi mã đầu vào. Lỗi động được xác định bởi các quá trình nhất thời ở đầu ra DAC phát sinh do thay đổi mã đầu vào.

Các loại lỗi DAC tĩnh chính:

Sai số chuyển đổi tuyệt đối tại điểm cuối của thang đo là độ lệch của giá trị điện áp (dòng điện) đầu ra so với giá trị danh định tương ứng với điểm cuối của thang đo của hàm chuyển đổi. Được đo bằng đơn vị chữ số có nghĩa nhỏ nhất của chuyển đổi.

Điện áp bù 0 đầu ra - điện áp dòng điện một chiềuở đầu ra DAC với mã đầu vào tương ứng với giá trị điện áp đầu ra bằng 0. Đo bằng đơn vị bậc thấp. Lỗi hệ số chuyển đổi (tỷ lệ) – liên quan đến độ lệch độ dốc của hàm chuyển đổi so với yêu cầu.

Độ phi tuyến của DAC là độ lệch của hàm chuyển đổi thực tế so với đường thẳng đã chỉ định. Đó là lỗi tồi tệ nhất khó khắc phục.

Lỗi phi tuyến tính trong trường hợp chungđược chia thành hai loại - tích phân và vi phân.

Lỗi phi tuyến tích phân - độ lệch tối đa đặc điểm thực tế từ lý tưởng. Trong thực tế, điều này xem xét hàm biến đổi trung bình. Lỗi này được xác định bằng tỷ lệ phần trăm của phạm vi cuối cùng của giá trị đầu ra.

Tính phi tuyến vi phân có liên quan đến sự thiếu chính xác trong việc xác định trọng lượng của chất thải, tức là có lỗi ở các phần tử phân chia, phân tán các tham số dư của các phần tử chính, bộ tạo dòng, v.v.

Phương pháp xác định và sửa lỗi DAC

Điều mong muốn là việc sửa lỗi được thực hiện trong quá trình sản xuất bộ chuyển đổi (điều chỉnh công nghệ). Tuy nhiên, điều mong muốn là khi sử dụng một mẫu cụ thể BIS trong thiết bị này hay thiết bị khác. Trong trường hợp này, việc hiệu chỉnh được thực hiện bằng cách đưa vào cấu trúc của thiết bị, ngoại trừ LSI DAC yếu tố bổ sung. Những phương pháp như vậy được gọi là cấu trúc.

nhất quá trình phức tạp là để đảm bảo tính tuyến tính, vì chúng được xác định bởi các tham số liên quan của nhiều phần tử và nút. Thông thường, chỉ có độ lệch bằng 0 và hệ số được điều chỉnh

Các thông số độ chính xác do phương pháp công nghệ cung cấp sẽ giảm đi khi bộ chuyển đổi tiếp xúc với nhiều yếu tố gây mất ổn định khác nhau, chủ yếu là nhiệt độ. Cũng cần phải nhớ về yếu tố lão hóa của các nguyên tố.

Lỗi bù 0 và lỗi tỷ lệ có thể dễ dàng sửa ở đầu ra DAC. Để thực hiện điều này, một độ lệch không đổi được đưa vào tín hiệu đầu ra, bù cho độ lệch của đặc tính bộ chuyển đổi. Thang chuyển đổi yêu cầu được thiết lập bằng cách điều chỉnh mức tăng được đặt ở đầu ra của bộ chuyển đổi bộ khuếch đại hoặc bằng cách điều chỉnh giá trị của điện áp tham chiếu nếu DAC là hệ số nhân.

Các phương pháp hiệu chỉnh bằng điều khiển kiểm tra bao gồm việc xác định các lỗi DAC trên toàn bộ tập hợp các ảnh hưởng đầu vào cho phép và thêm các hiệu chỉnh được tính toán trên cơ sở đó vào giá trị đầu vào hoặc đầu ra để bù cho các lỗi này.

Đối với bất kỳ phương pháp hiệu chỉnh nào có điều khiển bằng tín hiệu kiểm tra, các hành động sau được cung cấp:

1. Đo lường các đặc tính của DAC trên một tập hợp các ảnh hưởng thử nghiệm đủ để xác định lỗi.

2. Xác định sai số bằng cách tính sai số so với kết quả đo.

3. Tính toán các sửa đổi khắc phục đối với các giá trị được chuyển đổi hoặc các hiệu ứng khắc phục cần thiết trên các khối đã được hiệu chỉnh.

4. Tiến hành chỉnh sửa.

Việc điều khiển có thể được thực hiện một lần trước khi lắp bộ chuyển đổi vào thiết bị bằng thiết bị đo đặc biệt trong phòng thí nghiệm. Nó cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị chuyên dụng được tích hợp trong thiết bị. Trong trường hợp này, theo quy định, việc giám sát được thực hiện định kỳ, mọi lúc trong khi bộ chuyển đổi không liên quan trực tiếp đến hoạt động của thiết bị. Việc tổ chức điều khiển và hiệu chỉnh các bộ chuyển đổi như vậy có thể được thực hiện khi nó hoạt động như một phần của hệ thống đo vi xử lý.

Nhược điểm chính của bất kỳ phương pháp thử nghiệm đầu cuối nào là thời gian thử nghiệm dài cùng với tính không đồng nhất và khối lượng thiết bị được sử dụng lớn.

Các giá trị hiệu chỉnh được xác định theo cách này hay cách khác thường được lưu trữ ở dạng kỹ thuật số. Việc sửa lỗi, có tính đến những sửa chữa này, có thể được thực hiện ở cả dạng tương tự và kỹ thuật số.

Với hiệu chỉnh kỹ thuật số, các hiệu chỉnh được thêm vào có tính đến dấu của chúng đối với mã đầu vào DAC. Kết quả là, một mã được nhận ở đầu vào DAC, mã này tạo ra giá trị điện áp hoặc dòng điện cần thiết ở đầu ra của nó. Hầu hết thực hiện đơn giản Phương pháp hiệu chỉnh này bao gồm một phương pháp điều chỉnh ĐẮC,ở đầu vào có cài đặt thiết bị lưu trữ kỹ thuật số ( ký ức). Mã đầu vào đóng vai trò là mã địa chỉ. TRONG ký ức Các địa chỉ tương ứng chứa các giá trị mã được tính toán trước, có tính đến các hiệu chỉnh, được cung cấp cho DAC đã hiệu chỉnh.

Để hiệu chỉnh analog, ngoài DAC chính còn sử dụng một DAC bổ sung khác. Phạm vi tín hiệu đầu ra của nó tương ứng với giá trị lỗi tối đa của DAC đã được hiệu chỉnh. Mã đầu vào được cung cấp đồng thời cho đầu vào của DAC đã hiệu chỉnh và cho đầu vào địa chỉ ký ức sửa đổi Từ ký ức sửa đổi thì chọn cái phù hợp giá trị đã cho sửa mã đầu vào. Mã hiệu chỉnh được chuyển đổi thành tín hiệu tỷ lệ với nó, được tổng hợp bằng tín hiệu đầu ra của DAC đã hiệu chỉnh. Do phạm vi yêu cầu của tín hiệu đầu ra của DAC bổ sung nhỏ hơn so với phạm vi tín hiệu đầu ra của DAC đã hiệu chỉnh nên các lỗi của chính DAC đầu tiên sẽ bị bỏ qua.

Trong một số trường hợp, việc điều chỉnh động lực của DAC là cần thiết.

Đáp ứng nhất thời của DAC sẽ khác nhau khi thay đổi các tổ hợp mã khác nhau, nói cách khác thời gian xử lý của tín hiệu đầu ra sẽ khác nhau. Vì vậy, khi sử dụng DAC cần phải tính đến thời gian tối đa các cơ sở. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, có thể điều chỉnh hành vi của đặc tính truyền.

Đặc điểm của việc sử dụng LSI DAC

Để sử dụng thành công công nghệ hiện đại BIS Việc DAC biết danh sách các đặc điểm chính và các mạch cơ bản để đưa vào là chưa đủ.

Tác động đáng kể đến kết quả ứng dụng BIS DAC đáp ứng các yêu cầu hoạt động được xác định bởi đặc tính của một con chip cụ thể. Những yêu cầu như vậy không chỉ bao gồm việc sử dụng các tín hiệu đầu vào, điện áp của nguồn điện, điện dung và điện trở tải, cũng như thứ tự bật các nguồn điện khác nhau, tách các mạch nối các nguồn điện khác nhau và bus chung, sử dụng các bộ lọc, v.v.

Đối với các DAC chính xác, điện áp đầu ra nhiễu có tầm quan trọng đặc biệt. Một đặc điểm của vấn đề nhiễu trong DAC là sự xuất hiện của xung điện áp ở đầu ra do chuyển mạch bên trong bộ chuyển đổi gây ra. Biên độ của những vụ nổ này có thể đạt tới vài chục trọng số MZR và gây khó khăn trong hoạt động của các thiết bị xử lý tín hiệu analog sau DAC. Giải pháp cho vấn đề ngăn chặn các xung đột biến như vậy là sử dụng các thiết bị lấy mẫu và giữ ở đầu ra của DAC ( UVH). UVHđược điều khiển từ phần kỹ thuật số của hệ thống, tạo ra các tổ hợp mã mới ở đầu vào DAC. Trước khi gửi kết hợp mã mới UVH chuyển sang chế độ lưu trữ, mở mạch truyền tín hiệu analog ra đầu ra. Nhờ đó, điện áp đầu ra DAC tăng đột biến không đạt được đầu ra UVH, sau đó được đưa vào chế độ theo dõi, lặp lại đầu ra DAC.

Đặc biệt chú ý khi xây dựng DAC dựa trên BIS Cần chú ý lựa chọn bộ khuếch đại hoạt động để chuyển đổi dòng điện đầu ra DAC thành điện áp. Khi áp dụng mã đầu vào DAC cho đầu ra OU sẽ có lỗi Dbạn, gây ra bởi điện áp phân cực của nó và bằng

Ở đâu bạn cm- điện thế lệch OU; R os- giá trị điện trở trong mạch phản hồi OU; R m– điện trở của ma trận điện trở của DAC (điện trở đầu ra của DAC), tùy thuộc vào giá trị của mã được áp dụng cho đầu vào của nó.

Khi tỷ lệ thay đổi từ 1 đến 0, sai số do bạn cm, thay đổi trên lối đi (1...2)Ucm. Ảnh hưởng bạn cm lơ là khi sử dụng OU, cái nào .

Do diện tích của các thiết bị chuyển mạch Transistor trong CMOS BISđiện dung đầu ra đáng kể của LSI DAC (40...120 pF tùy thuộc vào giá trị của mã đầu vào). Điện dung này có tác động đáng kể đến thời gian ổn định điện áp đầu ra. OUđến độ chính xác cần thiết. Để giảm bớt ảnh hưởng này R os bỏ qua bằng tụ điện Với hệ điều hành.

Trong một số trường hợp, cần phải có được điện áp đầu ra lưỡng cực ở đầu ra DAC. Điều này có thể đạt được bằng cách tạo ra độ lệch dải điện áp đầu ra ở đầu ra và nhân DAC bằng cách chuyển đổi cực tính của nguồn điện áp tham chiếu.

Xin lưu ý rằng nếu bạn sử dụng DAC tích hợp, có số lượng bit lớn hơn mức bạn cần, thì đầu vào của các bit không sử dụng sẽ được kết nối với bus mặt đất, xác định rõ ràng mức logic 0 trên chúng. Hơn nữa, để hoạt động với phạm vi tín hiệu đầu ra của LSI DAC có phạm vi rộng nhất có thể, các chữ số được lấy dưới dạng các bit như vậy, bắt đầu bằng bit có ý nghĩa nhỏ nhất.

Một trong ví dụ thực tếỨng dụng của DAC là bộ điều hòa tín hiệu hình dạng khác nhau. Tôi đã tạo một mô hình nhỏ trong Proteus. Sử dụng DAC được điều khiển bởi MK (Atmega8, mặc dù nó cũng có thể được thực hiện trên Tiny), các tín hiệu có nhiều hình dạng khác nhau được tạo ra. Chương trình được viết bằng C trong CVAVR. Bằng cách nhấn nút, tín hiệu được tạo ra sẽ thay đổi.

LSI DAC DAC0808 National Semiconductor, 8 bit, tốc độ cao, đi kèm theo mạch tiêu chuẩn. Vì đầu ra của nó là dòng điện nên nó được chuyển đổi thành điện áp bằng bộ khuếch đại đảo ngược sử dụng op-amp.

Về nguyên tắc, bạn thậm chí có thể có những con số thú vị như vậy, nó khiến tôi nhớ đến điều gì đó, phải không? Nếu bạn chọn độ sâu bit cao hơn, bạn sẽ mượt mà hơn

Thư mục:
1. Bakhtiyarov G.D., Malinin V.V., Shkolin V.P. Bộ chuyển đổi tương tự sang số/Ed. G.D. Bakhtiyarov - M.: Sov. Đài. – 1980. – 278 tr.: bệnh.
2. Thiết kế hệ thống điều khiển analog-digital và vi xử lý.
3. O.V. Shishov. - Saransk: Nhà xuất bản Mordov. Đại học 1995. - tr.

Dưới đây bạn có thể tải xuống dự án tại

Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) đơn giản nhất là bộ chuyển đổi một bit. Một bộ khuếch đại giới hạn đơn giản, có thể được sử dụng như một DAC như vậy, có thể hoạt động như một DAC như vậy. Một loại được chế tạo bằng công nghệ CMOS đặc biệt phù hợp, vì trong công nghệ này, dòng điện đầu ra bằng 1 và 0 bằng nhau. Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự như vậy được hiển thị trong Hình 1.

Bức tranh 1. Sơ đồ Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự (DAC) một bit

DAC một chữ số chuyển đổi dấu của một số thành dạng tương tự. Để chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự ở tần số lấy mẫu rất cao, cao hơn nhiều lần so với tần số Kotelnikov, bộ chuyển đổi như vậy là khá đủ, tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, yêu cầu chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự chất lượng cao. số lượng lớn xả thải. Được biết, số nhị phân được mô tả theo công thức sau:

(1)

Để chuyển đổi mã nhị phân kỹ thuật số thành điện áp, bạn có thể sử dụng trực tiếp công thức này, nghĩa là sử dụng bộ cộng tương tự. Chúng ta sẽ đặt dòng điện bằng điện trở. Nếu các điện trở cách nhau gấp đôi thì dòng điện cũng sẽ tuân theo định luật nhị phân, như thể hiện trong công thức (1). Nếu có một logic logic ở đầu ra của thanh ghi, nó sẽ được chuyển đổi thành dòng điện tương ứng với bit nhị phân bằng điện trở. Trong trường hợp này, điện áp sẽ hoạt động như một bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự. Mạch của DAC hoạt động theo nguyên lý mô tả được thể hiện trên Hình 2.

Hình 2. Sơ đồ của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự bốn bit với tổng trọng số dòng điện

Trong sơ đồ ở Hình 2, điện thế của cực thứ hai bằng không. Điều này được đảm bảo bằng âm song song nhận xét, làm giảm trở kháng đầu vào của op-amp. Hệ số truyền được chọn bằng cách sử dụng điện trở nối từ đầu ra đến đầu vào của bộ khuếch đại thuật toán. Nếu cần có hệ số truyền đơn vị thì điện trở này phải bằng điện trở song song tất cả các điện trở được kết nối với đầu ra của thanh ghi song song. Trong thiết bị được mô tả, dòng điện bậc thấp sẽ nhỏ hơn tám lần so với dòng điện bậc cao. Để giảm ảnh hưởng của dòng điện đầu vào của bộ khuếch đại hoạt động thực, một điện trở có điện trở bằng kết nối song song của tất cả các điện trở khác được kết nối giữa đầu vào không đảo của nó và dây chung.

Xem xét rằng ở đầu ra của tất cả các bit thanh ghi có điện áp bằng 0 hoặc bằng điện áp cung cấp, ở đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán, điện áp sẽ hoạt động trong phạm vi từ 0 đến âm điện áp cung cấp. Điều này không phải lúc nào cũng thuận tiện. Nếu bạn cần thiết bị hoạt động từ một nguồn điện duy nhất thì cần phải thay đổi một chút. Để thực hiện việc này, hãy đặt điện áp bằng một nửa nguồn cung cấp vào đầu vào không đảo của bộ khuếch đại thuật toán. Nó có thể được lấy từ một bộ chia điện áp điện trở. Dòng điện bằng 0 và dòng điện một của giai đoạn đầu ra thanh ghi trong mạch mới phải khớp nhau. Khi đó, điện áp ở đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán sẽ thay đổi trong khoảng từ 0 đến điện áp cung cấp. Mạch của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự với nguồn điện đơn cực được thể hiện trong Hình 3.

Hình 3. Bộ chuyển đổi D/A nguồn đơn

Trong mạch hiển thị ở Hình 3, độ ổn định của dòng điện và điện áp đầu ra được đảm bảo bằng độ ổn định của điện áp cung cấp thanh ghi song song. Tuy nhiên, điện áp cung cấp của chip kỹ thuật số thường rất ồn. Nhiễu này cũng sẽ xuất hiện trong tín hiệu đầu ra. Trong bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự nhiều bit, điều này là không mong muốn, vì vậy các công tắc đầu ra của nó được cấp nguồn từ bộ chuyển đổi có độ ổn định cao, độ ồn thấp. Hiện nay, các vi mạch như vậy được sản xuất bởi một số công ty. Ví dụ bao gồm ADR4520 từ Thiết bị Analog hoặc MAX6220_25 từ Maxim Integrated.

Khi chế tạo bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự đa bit cần chế tạo các điện trở có độ chính xác cao. Trước đây, điều này đạt được bằng cách cắt laser các điện trở. Hiện nay, không phải điện trở mà máy phát dòng điện trên bóng bán dẫn hiệu ứng trường thường được sử dụng làm nguồn dòng điện. Việc sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường có thể làm giảm đáng kể kích thước của chip DAC. Trong trường hợp này, để tăng dòng điện, các bóng bán dẫn được mắc song song. Điều này giúp có thể đạt được độ chính xác cao về việc tuân thủ luật nhị phân hiện tại ( Tôi 0 , 2Tôi 0 , 4Tôi 0 , 8Tôi 0, v.v.). Tốc độ cao chuyển đổi đạt được với khả năng chịu tải thấp. Mạch của bộ chuyển đổi mã số thành dòng điện đầu ra hoạt động theo nguyên lý mô tả được thể hiện trên Hình 4.

Hình 4. Mạch DAC bên trong với tổng dòng điện

Đương nhiên, các công tắc điện tử trong Hình 4 cũng là các bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Tuy nhiên, nếu bạn hiển thị chúng trong sơ đồ, bạn có thể nhầm lẫn về vị trí của chìa khóa và vị trí của bộ tạo dòng điện. Vì một bóng bán dẫn hiệu ứng trường có thể hoạt động đồng thời như một máy phát dòng điện và chìa khóa điện tử, thì chúng thường được kết hợp và luật nhị phân được hình thành bằng cách sử dụng , như trong Hình 5.

Hình 5. Mạch DAC bên trong có tổng các dòng điện bằng nhau

Một ví dụ về chip sử dụng giải pháp tổng hợp hiện tại là AD7945 DAC. Trong đó, tổng các dòng điện được sử dụng để tạo thành các bit quan trọng nhất. Để làm việc với các chữ số bậc thấp, . Để chuyển đổi dòng điện ra thành điện áp, người ta thường sử dụng hoạt động khuếch đại tuy nhiên, tốc độ tăng điện áp đầu ra của nó có tác động đáng kể đến hiệu suất của toàn bộ bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự. Do đó, mạch DAC có bộ khuếch đại hoạt động chỉ được sử dụng trong các mạch băng rộng như chuyển đổi tín hiệu âm thanh hoặc truyền hình.