DAC hoạt động theo nguyên lý phân chia điện áp. Chuyển đổi công nghệ ky thuật sô

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 đầu vào nối tiếp
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 kỹ thuật số sang tương tự (DAC) được thiết kế để chuyển đổi một số, thường được định nghĩa là mã nhị phân, thành điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với giá trị của 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 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 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 nhất định. Mạch đơn giản nhất thực hiện nguyên tắc này được thể hiện 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 nội địa 572PA1), được phát triển bởi Analog Devices vào năm 1973, hiện đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp về cơ bản (nhiều mẫu DAC nối tiếp được sản xuất theo 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) với 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 xả. 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 Ohm). 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).

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.

Hình 1. Sơ đồ của 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, để chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự chất lượng cao, số lượng lớn hơn bit là cần thiết. 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 hai hệ số 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 đạt được nhờ phản hồi âm song song, giúp 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 đạt được sự thống nhất thì điện trở này phải bằng điện trở song song của 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, điện áp ở đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán 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 chuyển đổi cao 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 bóng bán dẫn hiệu ứng trường có thể hoạt động đồng thời như một máy phát dòng điện và một công tắc điện tử, nên chúng thường được kết hợp với nhau và định 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, . Bộ khuếch đại hoạt động thường được sử dụng để chuyển đổi dòng điện đầu ra thành điện áp, nhưng tốc độ quay 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.

Hình 6. Mã điện áp nhị phân của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự

Văn học:

Cùng với bài viết “Bộ chuyển đổi Digital-to-analog (DAC) với tổng dòng điện” đọc:

http://site/digital/R2R/

http://site/digital/sigmaadc.php

Chuyển đổi công nghệ ky thuật sô(DAC) – một thiết bị chuyển đổi tín hiệu số (mã) đầu vào thành tín hiệu tương tự.

DAC được sử dụng rộng rãi khi cần thiết, sử dụng thông tin số do máy tính cung cấp để điều khiển các thiết bị tương tự, chẳng hạn như để di chuyển một van tỷ lệ với giá trị tính toán của tín hiệu số. DAC được sử dụng để phối hợp máy tính (DC) với các thiết bị analog, là thành phần bên trong của ADC và dụng cụ đo kỹ thuật số. Là một phần của bộ chuyển đổi tương tự sang số, DAC được sử dụng để tạo ra tín hiệu tương tự (dòng điện hoặc điện áp) để so sánh tín hiệu đã chuyển đổi.

Đặc điểm chính của DAC là độ phân giải, được xác định bởi số bit N. Về mặt lý thuyết, một DAC chuyển đổi N-bit mã nhị phân, phải cung cấp 2 N các giá trị tín hiệu đầu ra khác nhau với độ phân giải (2 N– 1)-1. Giá trị tuyệt đối của lượng tử điện áp đầu ra tối thiểu được xác định bằng số 2 được chấp nhận tối đa N– 1, và điện áp đầu ra tối đa của DAC, gọi là điện áp thang đo bạn trường học Như vậy, với 12 bit, số lượng tử (bước) độc lập của điện áp đầu ra DAC là 212 – 1 = 0,0245%. Điện áp thang đo được chọn tham chiếu bạn shk = 10B, chia cho số lượng tử này, sẽ cho độ phân giải tuyệt đối của DAC

D x = bạn shk/(2 N– 1) = 103 mV/ (212 – 1) = 2,45 mV.

Đặc tính chuyển đổi(HP) ĐẮC– tập hợp các giá trị của đại lượng tương tự đầu ra xi tùy thuộc vào mã đầu vào b Tôi.

Đặc tính chuyển đổi (hoặc đặc tính truyền) của DAC được hiển thị trong Hình 2. 3.15.

Cơm. 3.15. Đặc tính chuyển DAC; MỘT- tuyến tính; B– tính phi tuyến; C- tính không đơn điệu; D- tín hiệu đầu ra; E– một đường thẳng nối các giá trị lý tưởng của các mức tín hiệu đầu ra; dпш – lỗi toàn diện

Sự khác biệt giữa giá trị độ phân giải thực và giá trị lý thuyết là do lỗi của các nút và nhiễu của DAC. Độ chính xác của DAC được xác định bởi các giá trị sai số tuyệt đối của thiết bị, độ phi tuyến và độ phi tuyến vi sai.

Sai số tuyệt đối dshk biểu thị độ lệch của giá trị điện áp (dòng điện) đầu ra so với giá trị tính toán danh nghĩa tương ứng với điểm cuối của đặc tính chuyển đổi (xem Hình 3.15). Sai số tuyệt đối thường được đo bằng đơn vị chữ số có nghĩa nhỏ nhất (LSB).

Độ phi tuyến dl đặc trưng cho nhận dạng mức tăng tối thiểu của tín hiệu đầu ra trên toàn bộ phạm vi chuyển đổi và được định nghĩa là độ lệch lớn nhất của tín hiệu đầu ra so với đường thẳng có độ chính xác tuyệt đối được vẽ qua 0 và điểm có giá trị tối đa của tín hiệu đầu ra . Giá trị phi tuyến không được vượt quá đơn vị ±0,5 MZ.

Tính phi tuyến vi phân dl.dif đặc trưng cho việc nhận dạng các mức tăng tín hiệu lân cận. Nó được định nghĩa là chênh lệch tối thiểu về sai số phi tuyến của hai lượng tử liền kề trong tín hiệu đầu ra. Giá trị của độ phi tuyến vi phân không được vượt quá hai lần giá trị của sai số phi tuyến. Nếu giá trị của dl.diff lớn hơn một MZR thì bộ chuyển đổi được coi là không đơn điệu, tức là. ở đầu ra của nó, tín hiệu đầu ra không thể tăng đồng đều khi mã đầu vào tăng đồng đều.

Tính không đơn điệu trong một số lượng tử dẫn đến tín hiệu đầu ra giảm khi mã đầu vào tăng.

Lỗi phần cứng, được xác định bởi sự mất ổn định của nguồn điện áp tham chiếu, lỗi của công tắc, ma trận điện trở và bộ khuếch đại hoạt động đầu ra, được gọi là lỗi thiết bị. Các yếu tố chính gây ra lỗi phần tử là: sự thay đổi về mặt công nghệ về các thông số; tác động của sự thay đổi môi trường (chủ yếu là nhiệt độ); thay đổi các thông số theo thời gian (lão hóa); tiếp xúc với tiếng ồn và nhiễu bên ngoài và bên trong.

Tất cả các lỗi của công cụ biểu hiện chủ yếu dưới các dạng sau:

a) độ lệch 0, đặc trưng cho sự dịch chuyển song song của đặc tính truyền DAC từ đường thẳng lấy trung bình (gây ra bởi điện áp bù 0 và dòng điện đầu vào khác 0 của op-amp, cũng như các tham số dư của công tắc) ;

b) những thay đổi trong hệ số truyền, đặc trưng cho độ lệch độ dốc của đặc tính truyền thực so với đường thẳng trung bình;

c) độ lệch của đặc tính truyền của bộ chuyển đổi so với đường thẳng lý tưởng (tính phi tuyến của chuyển đổi biểu hiện ở mức tăng không giống nhau của tín hiệu đầu ra dưới dạng hàm của mã đầu vào).

Các đặc tính động của DAC bao gồm các tham số thời gian và tần số chuyển đổi tối đa.

Các thông số thời gian xác định tốc độ của bộ chuyển đổi. Có ba tham số thời gian: bước lượng tử hóa (chu kỳ) D t, thời gian chuyển đổi (thời gian xử lý tín hiệu đầu ra) t pr, thời lượng chu kỳ chuyển đổi t c.

Bước lượng tử hóa (chu kỳ) D t- khoảng thời gian giữa hai lần biến đổi liên tiếp. Giá trị nghịch đảo của chu kỳ lượng tử hóa 1/D t = f kV được gọi là tần số lượng tử hóa.

Thời gian thiết lập đầu ra DAC t pr – thời gian kể từ thời điểm mã thay đổi ở đầu vào DAC cho đến thời điểm giá trị của giá trị tương tự đầu ra khác với giá trị đã thiết lập một giá trị nhất định (Hình 3.16).

Cơm. 3.16. định nghĩa về thời gian t chuyển đổi pr DAC

Thời gian chu kỳ chuyển đổi t ts – thời gian từ thời điểm gửi mã đầu vào đến khi phát tín hiệu tương tự đầu ra ( t ts = t vân vân). Nó được xác định chủ yếu bằng biểu đồ chu trình và sơ đồ thời gian mô tả hoạt động của các thiết bị và hệ thống thông tin và máy tính với các bộ chuyển đổi hiện có.

Tần số chuyển đổi tối đa – tần số lấy mẫu cao nhất mà tại đó các tham số DAC tương ứng với các giá trị được chỉ định.

Hoạt động của DAC thường đi kèm với các xung nhất thời cụ thể, là các đỉnh nhọn có biên độ lớn trong tín hiệu đầu ra, phát sinh do sự khác biệt về thời gian đóng và mở của các công tắc analog trong DAC. Các ngoại lệ đặc biệt rõ ràng khi, thay vì số 0 ở chữ số có nghĩa nhất và số 1 ở chữ số bậc thấp của mã, một đơn vị nhập chữ số có nghĩa nhất (MSB) và mã là “tất cả các số 0” trong LSB. Ví dụ: nếu mã đầu vào 011...111 được thay thế bằng mã 10...000 và phím của DAC cao hơn mở muộn hơn các phím của DAC thấp hơn đóng, thì tín hiệu đầu ra chỉ tăng một lượng tử có thể kèm theo một xung có biên độ 0,5 bạn trường học Khoảng thời gian của đỉnh này sẽ tương ứng với độ trễ trong việc thay đổi trạng thái của các phím.

Hiện tại, tùy thuộc vào các giá trị tham số, DAC có độ chính xác và tốc độ cao được phân biệt. DAC chính xác có dl = 0,1% và DAC tốc độ cao t miệng = 100ns.

ĐẮC– bộ chuyển đổi số sang tương tự – thiết bị được thiết kế để chuyển đổi tín hiệu rời rạc (kỹ thuật số) thành tín hiệu liên tục (tương tự). Việc chuyển đổi được thực hiện tương ứng với mã nhị phân của tín hiệu.

Phân loại DAC

Theo loại tín hiệu đầu ra: với đầu ra dòng điện và điện áp đầu ra;

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 tốc độ cao.

Thông số DAC cơ bản:

1. N – độ sâu bit.

2. Dòng điện đầu ra tối đa.

4. Độ lớn của điện áp tham chiếu.

5. Độ phân giải.

6. Kiểm soát các mức điện áp (TTL hoặc CMOS).

7. Lỗi chuyển đổi (lỗi bù 0 đầu ra, lỗi chuyển đổi tuyệt đối, phi tuyến chuyển đổi, phi tuyến vi phân). 8. Thời gian chuyển đổi – khoảng thời gian từ thời điểm mã được trình bày (gửi) đến thời điểm tín hiệu đầu ra xuất hiện.

9. Thời gian xử lý tín hiệu analog

Các thành phần chính của DAC là:

Ma trận điện trở (một tập hợp các bộ chia có TCR nhất định, có độ lệch nhất định 2%, 5% trở xuống) có thể được tích hợp vào IC;

Công tắc (trên bóng bán dẫn lưỡng cực hoặc MOS);

Nguồn điện áp tham chiếu

Các mạch cơ bản để xây dựng một DAC.

21. ADC. Các quy định chung. Tần số lấy mẫu. Phân loại ADC. Nguyên lý hoạt động của ADC song song.

Theo tốc độ hoạt động, ADC được chia thành:

1. ADC chuyển đổi song song (ADC song song) - ADC tốc độ cao, sử dụng phần cứng phức tạp theo đơn vị GHz.độ phân giải N = 8-12 bit, Fg = hàng chục MHz

2. ADC xấp xỉ liên tiếp (đếm liên tiếp) lên tới 10 MHz. độ phân giải N = 10-16 bit, Fg = hàng chục kHz

3. Tích hợp ADC hàng trăm Hz.độ phân giải N = 16-24 bit, Fg = hàng chục

4. Đơn vị ADC Sigma-delta MHz.độ phân giải N = 16-24 bit, Fg = hàng trăm Hz

22. ADC đếm nối tiếp. Nguyên lý hoạt động.

23. ADC của các phép tính gần đúng liên tiếp. Nguyên lý hoạt động.

Mã này từ đầu ra của RPP được đưa đến DAC, tạo ra điện áp tương ứng 3/4Uinmax, được so sánh với Uin (trên CC) và kết quả được ghi vào cùng một bit với xung đồng hồ thứ tư. Quá trình sau đó tiếp tục cho đến khi tất cả các chữ số đã được phân tích.

Thời gian chuyển đổi SAR ADC:

tpr = 2nTG, trong đó TG là chu kỳ lặp xung của máy phát; n – dung lượng bit ADC.

Những ADC như vậy có tốc độ kém hơn so với các ADC loại song song, nhưng chúng rẻ hơn và tiêu thụ ít điện năng hơn. Ví dụ: 1113PV1.

24. Nguyên lý hoạt động của ADC loại tích hợp.

Nguyên lý hoạt động của ADC tích hợp dựa trên hai nguyên tắc cơ bản:

1. Chuyển đổi điện áp đầu vào thành tần số hoặc thời lượng xung (thời gian)

Uin → f (VLF – bộ biến đổi điện áp-tần số)

2. Chuyển đổi tần số hoặc thời lượng (thời gian) sang mã số

f → N; T→N.

Lỗi chính là do VLF gây ra.

Loại ADC này thực hiện chuyển đổi theo hai giai đoạn.

Trong giai đoạn đầu tiên, tín hiệu analog đầu vào được tích hợp và giá trị tích hợp này được chuyển đổi thành chuỗi xung. Tốc độ lặp lại của các xung trong chuỗi này hoặc khoảng thời gian của chúng được điều chế bằng giá trị tích hợp của tín hiệu đầu vào.

Ở giai đoạn thứ hai, chuỗi xung này được chuyển đổi thành mã kỹ thuật số - tần số hoặc thời lượng xung của nó được đo.

Tín hiệu tương tự được đặc trưng bởi nhiều thông số kỹ thuật, một trong số đó là: Ví dụ, tai người nghe được tín hiệu có tần số trong khoảng từ 1 đến 22 kHz và ánh sáng nhìn thấy có tần số đo bằng hàng tỷ hertz. Một ví dụ về ghi tín hiệu analog là bản ghi máy hát. Những bức ảnh, đầu tiên là đen trắng, sau đó là màu, cũng là một ví dụ về việc ghi tín hiệu analog.

Hầu như luôn luôn đáng để nói một vài lời về nó sau đó, để nhiệm vụ mà các thiết bị chúng tôi đang xem xét được giải quyết rõ ràng hơn.

ADC chuyển đổi sang kỹ thuật số. Thông thường, số tương ứng với cường độ của tín hiệu tại thời điểm đo được biểu thị bằng mã nhị phân. Mỗi phép đo được thực hiện ở một tần số cụ thể, được gọi là tần số lượng tử hóa.

Tần số lượng tử hóa tối thiểu đảm bảo tái tạo tín hiệu không bị biến dạng là hợp lý về mặt lý thuyết. Tín hiệu này không bị biến dạng và phải được khôi phục ở đầu ra của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự. Tần số lượng tử hóa phải bằng ít nhất hai tần số tối đa của tín hiệu được chuyển đổi. Ví dụ: để chuyển đổi tín hiệu âm thanh không bị biến dạng, tần số lượng tử hóa 44 kHz là đủ.

Bây giờ rõ ràng là nó có một chuỗi mã nhị phân ở đầu vào, nó phải chuyển đổi thành tín hiệu tương tự tương ứng.

Độ tin cậy hoạt động và tuổi thọ sử dụng cũng được bao gồm trong các chỉ số, nhưng các thông số này không phụ thuộc vào nguyên lý hoạt động của DAC mà phụ thuộc vào cơ sở phần tử và chất lượng xây dựng. Bất kể nguyên tắc chuyển đổi là gì, bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự đều được phân biệt bằng các đặc điểm như dải động, độ chính xác của chuyển đổi và thời gian.

Dải động được xác định cho đầu vào và đầu ra của DAC theo tỷ lệ giữa giá trị tối đa ở đầu vào (đầu ra) và giá trị đầu vào (đầu ra) tối thiểu.

Một trong những tham số thời gian là nghịch đảo của tần số lượng tử hóa, được gọi là chu kỳ lượng tử hóa. Rõ ràng là đối với DAC, giá trị này được đặt bởi ADC mà tín hiệu được chuyển đổi.

Đại lượng chính đặc trưng cho hiệu suất của DAC là thời gian chuyển đổi. Ở đây bạn phải lựa chọn: thời gian chuyển đổi dài hơn có nghĩa là DAC chính xác hơn, nhưng tốc độ của nó thấp hơn và ngược lại.

Hãy xem xét một số nguyên tắc chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự mà không cần đưa ra công thức và sơ đồ. Có hai nguyên tắc chuyển đổi - tuần tự và song song.

Bộ chuyển đổi số sang tương tự chuyển đổi chuỗi mã số ở đầu vào thành chuỗi xung hình chữ nhật ở đầu ra. Độ rộng xung và khoảng thời gian tiếp theo cho đến xung tiếp theo được xác định tùy thuộc vào giá trị của mã nhị phân đến. Do đó, ở đầu ra của bộ lọc thông thấp, tín hiệu tương tự thu được từ các xung đến đầu vào với chu kỳ thay đổi.

Ví dụ, việc chuyển đổi song song được thực hiện bằng cách sử dụng các điện trở được kết nối song song với nguồn điện ổn định. Số lượng điện trở bằng độ sâu bit của mã đến đầu vào. Giá trị điện trở ở loại bậc cao nhỏ hơn 2 lần so với loại bậc thấp trước đó. Có một chìa khóa trong mạch của mỗi điện trở. Mã đầu vào điều khiển các phím - trong đó 1 là dòng điện chạy qua. Do đó, trong các mạch, dòng điện sẽ được xác định bởi trọng lượng của dòng phóng điện và bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự ở đầu ra có tổng dòng điện sẽ tương ứng với mã nhị phân được ghi.