Tại sao chúng ta cần bộ chuyển đổi dữ liệu? Trong thế giới thực, hầu hết dữ liệu có sẵn ở dạng tương tự trong tự nhiên. Chúng tôi có hai loại bộ chuyển đổi bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số và bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự. Trong khi thao tác dữ liệu, hai giao diện chuyển đổi này rất cần thiết cho thiết bị điện tử kỹ thuật số và thiết bị điện tương tự được xử lý bởi bộ xử lý để tạo ra hoạt động cần thiết.
Ví dụ: lấy hình minh họa DSP dưới đây, một ADC chuyển đổi dữ liệu tương tự được thu thập bởi thiết bị đầu vào âm thanh như micrô (cảm biến), thành tín hiệu kỹ thuật số có thể được xử lý bởi máy tính. Máy tính có thể thêm hiệu ứng âm thanh. Giờ đây, một bộ DAC sẽ xử lý tín hiệu âm thanh kỹ thuật số trở lại thành tín hiệu tương tự được sử dụng bởi thiết bị đầu ra âm thanh như loa.
Xử lý tín hiệu âm thanh
Bộ chuyển đổi Digital sang Analog (DAC)
Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự (DAC) là một thiết bị chuyển đổi dữ liệu kỹ thuật số thành tín hiệu tương tự. Theo định lý lấy mẫu Nyquist-Shannon, bất kỳ dữ liệu lấy mẫu nào cũng có thể được tái tạo hoàn hảo với tiêu chí băng thông và Nyquist.
DAC có thể tái tạo lại dữ liệu được lấy mẫu thành tín hiệu tương tự với độ chính xác. Dữ liệu kỹ thuật số có thể được tạo ra từ bộ vi xử lý, Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC), hoặc Mảng cổng lập trình trường (FPGA) , nhưng cuối cùng, dữ liệu yêu cầu chuyển đổi sang tín hiệu tương tự để tương tác với thế giới thực.
Bộ chuyển đổi Digital sang Analog cơ bản
Kiến trúc chuyển đổi D / A
Có hai phương pháp thường được sử dụng để chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự: Phương pháp điện trở trọng số và phương pháp còn lại là sử dụng phương pháp mạng bậc thang R-2R.
DAC sử dụng phương pháp Điện trở Trọng số
Sơ đồ hình dưới đây là DAC sử dụng điện trở trọng số. Hoạt động cơ bản của DAC là khả năng thêm đầu vào mà cuối cùng sẽ tương ứng với sự đóng góp của các bit khác nhau của đầu vào kỹ thuật số. Trong miền điện áp, tức là nếu tín hiệu đầu vào là điện áp, thì việc bổ sung các bit nhị phân có thể đạt được bằng cách sử dụng đảo bộ khuếch đại tổng hợp được hiển thị trong hình dưới đây.
Điện trở trọng số nhị phân DAC
Trong miền điện áp, nghĩa là nếu tín hiệu đầu vào là điện áp, thì việc bổ sung các bit nhị phân có thể đạt được bằng cách sử dụng bộ khuếch đại tổng đảo được thể hiện trong hình trên.
Các điện trở đầu vào của op-amp có trọng số các giá trị điện trở của chúng ở định dạng nhị phân. Khi nhận nhị phân 1, công tắc kết nối điện trở với điện áp tham chiếu. Khi mạch logic nhận được nhị phân 0, công tắc kết nối điện trở với đất. Tất cả các bit đầu vào kỹ thuật số được áp dụng đồng thời cho DAC.
DAC tạo ra điện áp đầu ra tương tự tương ứng với tín hiệu dữ liệu số đã cho. Đối với DAC, điện áp kỹ thuật số đã cho là b3 b2 b1 b0 trong đó mỗi bit là một giá trị nhị phân (0 hoặc 1). Điện áp đầu ra được tạo ra ở phía đầu ra là
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Khi số lượng bit ngày càng tăng trong điện áp đầu vào kỹ thuật số, phạm vi của các giá trị điện trở trở nên lớn và theo đó, độ chính xác trở nên kém.
R-2R Ladder Digital to Analog Converter (DAC)
DAC bậc thang R-2R được xây dựng như một DAC có trọng số nhị phân sử dụng cấu trúc xếp tầng lặp lại của các giá trị điện trở R và 2R. Điều này cải thiện độ chính xác do việc tạo ra các điện trở (hoặc nguồn dòng) có giá trị tương đối dễ dàng hơn.
R-2R Ladder Digital to Analog Converter (DAC)
Hình trên cho thấy DAC 4-bit R-2R bậc thang. Để đạt được độ chính xác cao, chúng tôi đã chọn các giá trị điện trở là R và 2R. Cho giá trị nhị phân B3 B2 B1 B0, nếu b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, thì mạch như hình dưới đây là dạng đơn giản của mạch DAC trên. Điện áp đầu ra là V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
Tương tự, Nếu b2 = 1, và b3 = b1 = b0 = 0, thì điện áp đầu ra là V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 và mạch được đơn giản hóa như dưới đây
Nếu b1 = 1 và b2 = b3 = b0 = 0 thì mạch điện trong hình dưới đây là dạng đơn giản của mạch DAC trên. Điện áp đầu ra là V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Cuối cùng, mạch điện được hiển thị bên dưới tương ứng với trường hợp b0 = 1 và b2 = b3 = b1 = 0. Điện áp đầu ra là V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
Bằng cách này, chúng ta có thể thấy rằng khi dữ liệu đầu vào là b3b2b1b0 (trong đó các bit riêng lẻ là 0 hoặc 1), thì điện áp đầu ra là
Các ứng dụng của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự
DAC được sử dụng trong nhiều ứng dụng xử lý tín hiệu kỹ thuật số và nhiều ứng dụng khác. Một số ứng dụng quan trọng được thảo luận dưới đây.
Bộ khuếch đại âm thanh
DAC được sử dụng để tạo ra độ lợi điện áp DC bằng các lệnh của Vi điều khiển. Thường thì DAC sẽ được tích hợp vào toàn bộ codec âm thanh bao gồm các tính năng xử lý tín hiệu.
Bộ mã hóa video
Hệ thống mã hóa video sẽ xử lý tín hiệu video và gửi tín hiệu kỹ thuật số đến nhiều loại DAC để tạo ra tín hiệu video tương tự ở nhiều định dạng khác nhau, cùng với việc tối ưu hóa mức đầu ra. Cũng như codec âm thanh, các IC này có thể có DAC tích hợp.
Điện tử hiển thị
Bộ điều khiển đồ họa thường sẽ sử dụng bảng tra cứu để tạo ra các tín hiệu dữ liệu được gửi đến DAC video cho các đầu ra tương tự như tín hiệu Đỏ, Xanh lá cây, Xanh lam (RGB) để điều khiển màn hình.
Hệ thống thu thập dữ liệu
Dữ liệu cần đo được số hóa bằng Bộ chuyển đổi Analog-to-Digital (ADC) và sau đó được gửi đến bộ xử lý. Việc thu thập dữ liệu cũng sẽ bao gồm một đầu điều khiển quá trình, trong đó bộ xử lý gửi dữ liệu phản hồi đến một DAC để chuyển đổi sang tín hiệu tương tự.
Hiệu chuẩn
DAC cung cấp hiệu chuẩn động cho độ lợi và bù điện áp để tạo độ chính xác trong các hệ thống đo lường và thử nghiệm.
Điều khiển động cơ
Nhiều điều khiển động cơ yêu cầu tín hiệu điều khiển điện áp và một DAC lý tưởng cho ứng dụng này có thể được điều khiển bởi bộ xử lý hoặc bộ điều khiển.
Ứng dụng điều khiển động cơ
Hệ thống phân phối dữ liệu
Nhiều dây chuyền công nghiệp và nhà máy yêu cầu nhiều nguồn điện áp có thể lập trình và điều này có thể được tạo ra bởi một ngân hàng DAC được ghép nối. Việc sử dụng DAC cho phép thay đổi điện áp động trong quá trình vận hành hệ thống.
Chiết áp kỹ thuật số
Gần như tất cả chiết áp kỹ thuật số dựa trên kiến trúc DAC chuỗi. Với một số tổ chức lại mảng điện trở / công tắc và việc bổ sung một giao diện tương thích I2C , một chiết áp kỹ thuật số hoàn toàn có thể được thực hiện.
Phần mềm radio
DAC được sử dụng với Bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số (DSP) để chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu tương tự để truyền trong mạch trộn và sau đó đến radio của bộ khuếch đại công suất và máy phát.
Vì vậy, bài viết này thảo luận về chuyển đổi công nghệ ky thuật sô và các ứng dụng của nó. Chúng tôi hy vọng rằng bạn đã hiểu rõ hơn về khái niệm này. Hơn nữa, mọi thắc mắc liên quan đến khái niệm này hoặc để thực hiện các dự án điện và điện tử, vui lòng đưa ra những gợi ý quý báu của bạn bằng cách bình luận trong phần bình luận bên dưới Dưới đây là một câu hỏi cho bạn, Làm thế nào chúng ta có thể khắc phục độ chính xác kém trong DAC điện trở kép?
