Muunnos digitaalisesta analogiseksi. Analoginen digitaalimuunnos aloittelijoille. Minkä yrityksen digitaali-analogi-muunnin sinun kannattaa valita?

Digitaali-analogimuunnin (DAC) on suunniteltu automaattisesti muuttamaan (dekoodaamaan) numerokoodeilla esitetyt tulomäärät niitä vastaaviksi jatkuvasti muuttuvien ajallisesti vaihtelevien (eli analogisten) suureiden arvoiksi. Toisin sanoen DAC suorittaa päinvastaisen muunnoksen kuin ADC. Viikonloppu fyysisiä määriä ADC:t ovat useimmiten sähköjännitteet ja virrat, mutta voivat olla myös aikavälejä, kulmaliikkeitä jne. Automaatiojärjestelmässä, jossa on tietokone, on helpompi käsitellä (muuntaa ja lähettää) digitaalinen signaali, mutta henkilön (operaattorin) on tutumpaa ja kätevämpää havaita analogisia signaaleja, jotka vastaavat numerokoodien arvoja. ADC:n avulla tieto syötetään tietokoneeseen ja DAC:n avulla se tulostetaan tietokoneelta vaikuttamaan hallittu kohde ja ihmisen käsitys.

DAC-piirit käyttävät tyypillisesti useista numeroista koostuvan binääriluvun esitysta 2:n potenssien summana. Jokainen numero (jos se sisältää 1:n) muunnetaan analogiseksi signaaliksi, joka on verrannollinen numeroon 2, potenssiksi, joka on yhtä suuri kuin numero. vähennetty yhdellä.

Kuvassa 4,38 esitetty yksinkertainen piiri DAC, jonka perustana on resistiivinen matriisi - joukko vastuksia, jotka on kytketty operaatiovahvistimen tuloon näppäimillä, joita ohjataan vastaavilla binääriluvun biteillä. Triodeja (esim. MOS-transistoreita) voidaan käyttää kytkiminä. Jos tähän bittiin kirjoitetaan 1, avain on kiinni, jos 0, avain on auki.

Operaatiovahvistimen käyttötarve johtuu siitä, että DAC:n lähtösignaali on analoginen. Sekä op-vahvistimen tulo- että lähtösignaalit ovat tasajännitteitä (vakionapaisuuden mielessä).

Op-vahvistimen vahvistus yhtä suuri kuin suhde vastuksen arvo R os takaisinkytkentäpiirissä vahvistimen sisäänmenon vastuksen resistanssiin, mikä, kuten kuvasta 12 näkyy. 4.38, jokaisella numerolla on oma merkityksensä. Siirtokertoimet K =- U ulos / U op kullekin muunnetun binääriluvun bitille (jos 1 on kirjoitettu tähän bittiin) ovat vastaavasti yhtä suuria: K 0 =R o.s/ R 0 ;K 1 = 2R o.s/ R 0 ;K 2 = 4R o.s/ R 0 ;
K 3 = 8R o.s/ R 0 . Ulostulojännite DAC

U ulos = - U op ( K 3 +K 2 +K 1 + K 0) =

= - U op ( R o.s/ R 0)(8x 3 + 4x 2 + 2x 1 + x 0),

Missä X saa arvon 1 tai 0 riippuen siitä, mitä binääriluvun tiettyyn bittiin on kirjoitettu.

Riisi. 4.38. Digitaalinen analoginen piiri
resistiiviseen matriisiin perustuva muunnin

Näin ollen nelinumeroinen binääriluku muunnetaan jännitteeksi U lähtö, joka voi vastaanottaa 16 mahdollisia arvoja 0 - 15D u kv, missä D u kv - kvantisointivaihe.

Kvantisointivirheen vähentämiseksi on tarpeen lisätä DAC:n binääribittien määrää. Valmistettaessa DAC-integroituja piirejä tällä menetelmällä, on erittäin vaikeaa valmistaa erittäin tarkkoja vastuksia, joiden resistanssit eroavat toisistaan kymmeniä tai satoja kertoja. Lisäksi vertailujännitteen kuormitus U op muuttuu näppäinten tilan mukaan, joten on tarpeen käyttää lähdettä, jolla on pieni sisäinen vastus.

Kuvassa näkyvä DAC-piiri. 4.39, on vapaa mainituista haitoista. Siinä kunkin numeron painokertoimet asetetaan vertailujännitteen peräkkäisellä jaolla käyttämällä tyyppistä resistiivistä matriisia R- 2R, joka on monilinkkijännitejakaja.

Tämä DAC-piiri käyttää kaksiasentoisia kytkimiä, jotka yhdistävät vastukset 2 R joko operaatiovahvistimen tuloon (1 tässä bitissä) tai yhteiseen nollajohtimeen. Resistiivisen matriisin tuloresistanssi ei riipu näppäinten asennosta. Lähetyskerroin vierekkäisten matriisisolmujen välillä on 0,5. Ulostulojännite

U ulos = - U op ( R/16R)(x 1 + 2x 2 + 4x 3 + 8x 4).

Riisi. 4.39. Digitaali-analogiamuunninpiiri
perustuu resistiiviseen matriisiin R-2R

Suurin vaikutus DAC-virheeseen on vastusten resistanssien poikkeamilla niiden nimellisarvoista ja myös sillä, että todellisen kytkimen vastus on suljettu tila ei ole yhtä suuri kuin ääretön, mutta avoimessa - ei ole yhtä suuri kuin nolla. Valmistettujen resistiivisten matriisien suhteellinen virhe on noin prosentin sadasosat, ts. ovat erittäin tarkkoja.

4.5.2. Analogi-digitaalimuuntimet rinnakkaiskoodausta

Analogi-digitaalimuunnin (ADC) on suunniteltu automaattisesti muuttamaan (mittaamaan ja koodaamaan) jatkuvasti ajallisesti vaihtelevia (eli analogisia) suureita vastaaviksi numeerisiksi koodiarvoiksi. SISÄÄN tässä tapauksessa Sana "numero" tarkoittaa binäärikoodia. Kun puhutaan digitaalisesta äänen tallennus- ja toistolaitteesta tai digitaalisesta puhelusta, tarkoitamme sitä, että jatkuvasti muuttuva äänisignaali tallennetaan tai välitetään digitoituna, ts. binäärikoodien muodossa.

Riippuen menetelmästä ADC-muunnos jaettu sarja-, rinnakkais- ja sarja-rinnakkaisryhmiin.

Nopeimmin toimivat ADC:t ovat rinnakkaistyyppisiä. Muuntaminen analoginen signaali Niissä oleva koodi suoritetaan yhdessä vaiheessa, mutta tällaiset ADC:t vaativat useita vertailijoita. Tulojännitettä verrataan samanaikaisesti kaikissa vertailijoissa, joissa on useita referenssijännitteitä. Rinnakkaisissa ADC:issä on enemmän elementtejä kuin sarjassa.

Tarkastellaan rinnakkaisen kolmibitin toimintaa
ADC (kuva 4.40).

Riisi. 4.40. Rinnakkais kolmibittinen ADC-piiri

Kolme binaarinumeroa voivat edustaa kahdeksaa numeroa - 0 - 7. Siksi käytetään seitsemää vertailijaa tulojännitteen vertaamiseen vastusjakajalla saatuihin referenssijännitteisiin. Jokainen vertailija lähettää 0-signaalin, jos tulojännite on pienempi kuin vertailujännite, ja 1-signaalin muussa tapauksessa.

Vertailijoiden tilat ja vastaavat binäärikoodit on esitetty taulukossa. 4.12. Koodimuunnin tuottaa binaarisen kolminumeroisen luvun. Rinnakkaisten ADC:iden muunnosaika voi olla useita kymmeniä nanosekunteja, mikä on satoja kertoja nopeampi kuin sarja-ADC:iden.

Taulukko 4.12

Digitaalisen koodin riippuvuus tulojännitteestä

Suhteellinen tulojännitteen arvo U=U syöttö /U op	Vertailun tila	Binäärikoodinumero

U< 0,5
0,5 £ U< 1,5
£1,5 U< 2 ,5
£2,5 U < 3,5
£3,5 U< 4,5
4,5 puntaa U< 5 ,5
5,5 £ U<6 ,5
6,5 puntaa U

4.5.3. Sarja-A/D-muuntimet

Kuvassa Kuvassa 4.41 on sarjatyyppinen ADC-piiri.

Riisi. 4.41. Analogista digitaaliseen piiri
sarjamuunnin

"Käynnistä"-komennolla digitaalinen kone kohdeyleisö luo binäärilukusarjan, joka syötetään digitaali-analogiamuuntimen DAC:n tuloon, joka tuottaa jännitteen U DAC, joka vastaa jokaista binaaritulosignaalia. Tämä jännite (kasvaa jatkuvasti työn aikana) kohdeyleisö) syötetään yhteen vertailutuloista K, jonka toinen tulo vastaanottaa tulojännitteen U tulo Vertailija vertaa näitä kahta jännitettä ja tuottaa signaalin, kun ne ovat yhtä suuret. Tällä signaalilla kohdeyleisö pysähtyy ja binäärikoodi, joka vastaa U Siten muunnos sarja-ADC:ssä tapahtuu askeltilassa. Lähtöarvo on erillisissä vaiheissa (jaksoissa), ts. lähestyy jatkuvasti mitattua arvoa. Siksi sarja-ADC:t käyttävät paljon aikaa jokaiseen analogisen signaalin muuntamiseen. Niiden suorituskyvyn parantamiseksi käytetään bittitasapainotusmenetelmää. Tätä menetelmää kuvaava kaavio on esitetty kuvassa. 4.42.

Riisi. 4.42. Analogia-digitaalimuunninpiiri
bittikohtaisella tasapainotuksella

Digitaalisen koneen roolia suorittaa rekisteri Rg kellopulssianturin kanssa DTI. Lähtökoodi luetaan datavalmiuspiirin signaalin perusteella SRS, joka syötetään, kun signaali saapuu vertailijalta K suunnilleen sama tulojännite U tulo ja jännite U DAC Komparaattorin toiminta synkronoidaan pulssien avulla DTI.Samat pulssit siirtävät rekisteribitit peräkkäin Rg tilaan 1. Siirto alkaa merkittävimmästä bitistä ja vähiten merkitsevät jäävät tilaan 0. Tällöin DAC tuottaa vastaavan jännitteen, jota verrataan vertailijassa. K syötteen kanssa. Jos U DAC > U tulo, sitten vertailijan käskystä merkittävin bitti palautetaan tilaan 0; Jos U DAC< U m, niin 1 jää eniten merkitseväksi numeroksi. Sitten seuraavaksi suurin numero siirretään tilaan 1 Rg ja jännitteitä verrataan uudelleen U DAC ja U Sykliä toistetaan, kunnes ilmoitettujen jännitteiden yhtäläisyys tallennetaan, kun yksi alemman kertaluvun numeroista siirretään tilaan 1. Sen jälkeen SRS antaa signaalin lähtökoodin antamisesta. Vertailujaksojen lukumäärä tällaisessa ADC:ssä on yhtä suuri kuin lähtökoodin bittien lukumäärä.

4.6. Ohjelmoitavat logiikkataulukot ja integroidut piirit

ROM:ien ja ohjelmoitavien logiikkataulukoiden (PLM) organisaatiolla on paljon yhteistä. Tunnistakaamme yleinen lähestymistapa näiden kaavioiden rakentamiseen esimerkin avulla.

Oletetaan, että on tarpeen rakentaa laite, joka antaa lähtösignaalin Y1 kun koodit 000, 001 vastaanotetaan sisääntulossa; uloskäynnissä Y2 koodeilla 010, 100, 110; uloskäynnissä Y3 koodeilla 011, 101, 110, 111. Laitteen tuloon syötettyjä koodeja voidaan pitää yksibittisten ROM-solujen osoitekoodeina, joista OR-elementin läpi luetut yksiköt syötetään johonkin ulostuloista Y i. Tarkastellaan osoitteiden ja datan välistä suhdetta - funktioita
(Taulukko 4.13).

Kuvassa 4.43, A esitetään ROM-piiri, joka koostuu loogisten elementtien osoitedekooderista ja diodiresistiivisten piirien muodossa olevista tallennuselementeistä, joiden piireissä on jumpperia. Muuttujat X3, X2, X1 niitä pidetään eri muistisolujen osoitekoodeina. Pöydältä Kuva 4.13 osoittaa, että dekooderissa tietyissä osoitteissa viritetään vastaavat lähtöväylät, jotka on yhdistettävä johonkin piirin lähdöistä: Y1, Y2, Y3. TAI elementit, joilla signaalit luodaan Y i, edustavat epätäydellistä kooderia.

Taulukko 4.13

Dekooderin totuustaulukko

Osoite	Tulot	Poistuu
	X3	X2	XI	Y1	Y2	Y3
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7

Kuvassa 4.43, b Sama ROM-piiri esitetään kahden matriisin muodossa. Matriisi A1 on täydellinen lineaarinen dekooderi, jossa on kahdeksan lähtöä. Jokainen pystysuora viiva sisään A1 vastaa AND-elementtiä, jossa on kolme syötettä, joista jokainen toteuttaa yhden syötemuuttujien yhdistelmistä X3, X2, X1. Matriisi A2 on epätäydellinen kooderi.

Riisi. 4.43. ROM-matriisi PLM:n perustana

Jokainen vaakaviiva sisään A2 vastaa kahdeksan tulon TAI-porttia. Tietoja muodostumisesta tarvittavat signaalit kussakin sen sisääntulossa matriisin pystysuoran viivan leikkauspiste sanoo A1 Ja vaakasuora viiva matriiseja A2.

Kuvassa esitetyt kaaviot. 4.43 voidaan toteuttaa yhdistelmäpiirin muodossa PLM:ssä (kuva 4.44).

Riisi. 4.44. Yhdistelmäpiiri PLM:ssä

Vertaamalla kahta piiriä, jotka suorittavat samat toiminnot (katso kuva 4.43, b ja 4.44), näemme, että PLM:n muodossa toteutettu piiri on yksinkertaisempi. Matriisi A1 ROMissa se on täydellinen, kovasti ohjelmoitu dekooderi PLM-matriisissa se on ohjelmoitavissa funktioille. Laitekustannukset määräytyvät yleensä piirin käyttämän puolijohdesirun alueen mukaan. Siten PLM:llä tehdyt piirit tarjoavat suuremman integraation ja siten laajenevat toiminnallisuutta mikropiirit.

LUKU 5.
AUTOMAATIOJÄRJESTELMIEN TIEDONKÄSITTELYN TIETOJEN TYÖKALUT

5.1. Mikroprosessorit tekstiiliautomaatiojärjestelmissä

Digitaaliset mikropiirit ovat nyt saavuttaneet korkean suorituskyvyn hyväksyttävällä virrankulutuksella. Nopein niistä digitaaliset sirut niiden kytkentänopeus on luokkaa 3 - 5 ns. Näissä mikropiireissä virrankulutus on suoraan verrannollinen mikropiirin logiikkaporttien kytkentänopeuteen.

Toinen syy mikroprosessorien laajaan käyttöön on se, että mikroprosessori on yleinen siru, joka pystyy suorittamaan melkein minkä tahansa toiminnon. Yleisyys takaa näille mikropiireille laajan kysynnän, mikä tarkoittaa massatuotantoa. Mikropiirien hinta on kääntäen verrannollinen niiden massatuotantoon, eli mikroprosessoreista tulee halpoja mikropiirejä ja sitä kautta kysyntä kasvaa entisestään.

Suurimmassa määrin kaikki edellä mainitut ominaisuudet ilmenevät yksisiruisissa mikrotietokoneissa tai, kuten niitä useammin kutsutaan niiden käyttöalalla: mikrokontrollereissa. Mikro-ohjaimet yhdistävät kaikki tietokoneen komponentit yhdelle sirulle: mikroprosessorin (kutsutaan usein mikro-ohjaimen ytimeksi), RAM-muistin, ROM-muistin, ajastimet ja I/O-portit.

Siirtyessä tekstiilien tuotantoteknologioiden monimutkaiseen automatisointiin ja sen toteuttamiseen erikoistuneiden mikroprosessoriohjausalijärjestelmien (MPCS) muodossa ilmaantui kysymys useiden parametrien monitoimisääntelystä. Tämä vaati tunnistamisongelmien ratkaisemista teknisiä prosesseja, niiden suhde ja hallittavuus tekniikkojen ehdottamien parametrien mukaisesti. MPSU:n avulla voidaan ratkaista seuraavat päätehtävät tekstiilituotannon monimutkaisessa automatisoinnissa.

1. Informaatio ja mittaus, joka varmistaa kattavan tiedon keruun; melunsieto; tarvittava tilastotietojen käsittely, mittausvirheiden ohjelmistokorjaus, automaattinen diagnostiikka ja mittausjärjestelmän itsekalibrointi. Samalla MPSU:n ohjelmoitava toimintalogiikka tarjoaa joustavuutta uudelleenkonfiguroinnissa ja mahdollistaa järjestelmän toimintojen laajentamisen modernisoinnin aikana ilman merkittäviä piirimuutoksia.

2. Laitteiden teknisten parametrien ja toimintatapojen säätely, joka mahdollistaa tekniikkojen säätelemien parametrien ylläpitämisen aseta arvo tai muuttaa niitä niin, että ne täyttävät optimointiehdot järjestelmissä, joissa on monikytkentäinen ohjaus, aikavaste, energia ja laatuindikaattoreita. Sääntelyn laadun määrää joka tapauksessa mittausten ja vastaanotettujen tietojen luotettavuus.

3. Teknisten laitteiden ja robotiikan toimintatilojen ohjaus, toteutettu pääasiassa autooperaattoreina tai manipulaattoreina, jotka suorittavat toimintoja, esimerkiksi lastaamalla ja purkamalla kuitupaaleja, vääntämällä rullia ja kutovia palkkeja, poistamalla ja asentamalla keloja keloihin ja kehruukoneisiin , kehruuasemien täyttäminen patruunoilla, teippien leikkaaminen ja solmiminen jne.

Kaikkien prosessilaitteiden ohjaimien toiminnan koordinointia, mukaan lukien signaalivirtojen säätely ajassa ja tilassa, niiden käsittely, suoritetaan keskuslaite hallinta. Nykyaikaiset laitteet keskusohjaukset ovat elektronisia ja jaettu yleisiin mikrotietokoneita käyttäviin ja erikoistuneisiin, joissa käytetään mikro-ohjaimia, mikroprosessoreita ja loogisia piirejä.

Periaatteen soveltaminen ohjelman ohjaus järjestelmissä automaattinen ohjaus ja tietojen kerääminen järjestelmien tilasta yhdessä mikroprosessorien kanssa on lisännyt merkittävästi niiden toimivuutta, lisännyt joustavuutta, vähentänyt kustannuksia ja kokoa, lisännyt luotettavuutta, kestävyyttä epäsuotuisissa ympäristöolosuhteissa ja muita suorituskykyominaisuuksia.

Mikroprosessorit ja niihin perustuvat mikro-ohjaimet ovat löytäneet laajan sovelluksen digitaalialalla mittauslaitteet ja järjestelmät, jotka yksinkertaistivat tietojen, hälytysten tai komentojen syöttämistä ja tulostamista näytölle sekä näiden parametrien automaattista skaalausta. Mikroprosessorit voivat tarjota itsetestauksen ja -kalibroinnin, tietojen johdonmukaisuuden tarkistuksen, tiedonsiirron mikrotietokoneen tai tietokoneohjattujen instrumenttien kanssa sekä automaattisen lukemien keskiarvon. Mikroprosessoreissa ja niihin perustuvissa mikro-ohjaimissa on kuitenkin pienempi määrä standardia ohjelmisto, valikoima oheislaitteita ja liitäntäominaisuuksia kuin mikrotietokoneet.

Mikroprosessorit ovat löytäneet käyttöä myös päätelaitteissa, mikrotietokoneverkoissa, sanomanvaihtomoduuleissa, toistimissa, tiedonsiirron tallennusjärjestelmissä, koodaus- ja dekoodauslaitteissa, kannettavat järjestelmät tietoliikenne, turvallisuus ja modeemit.

Mikroprosessoreita käytetään mikrotietokoneiden järjestelmäyksiköissä, tulo/lähtöohjaimissa ja muissa oheislaitteet. Oheislaitteiden mikro-ohjaimet antavat sinun suorittaa monia tehtäviä oheislaitteella, mikä helpottaa prosessori suorittaa muita tehtäviä.

Mikroprosessoreita, mikrokontrollereita ja mikrotietokoneita käytetään tekstiililaitteissa: tiedonhallintajärjestelmissä, laadunvalvontalaitteistoissa, automaattisissa punnitus- ja annostelujärjestelmissä, yksiköiden/koneiden ohjauksessa, käpristymisasteen määrittämisessä, ohjaimissa, jotka ohjaavat yksittäisiä toimintoja, esim. langat, teipit, kankaat jne., lajittelulaitteet, lastaus- ja purkulaitteet, terminaalit ja automaattiset diagnostiikkalaitteet.

On huomattava, että kun ohjataan tekstiiliteollisuuden teknisiä prosessoreita, suhteellisen iso luku säädettävät parametrit ja ohjausalgoritmien monimutkaisuus edellyttävät tehokkaiden mikrotietokoneiden käyttöä. Mikroprosessoreita käytetään hajautetut järjestelmät, jossa toteutetaan algoritmeja kohteiden hallintaan paikan päällä ja valmistellaan tietoja mikrotietokoneita varten, mikä lisää järjestelmien luotettavuutta teollisten häiriöiden olosuhteissa.

SISÄÄN uusimmat mallit mikroprosessorit käyttöjärjestelmä toteutetaan kokonaan tai osittain flash-muistiin perustuvalla laitteistolla, joka optimoi teollisuuslaitosten hallintaprosessin.

DAC pulssinleveysmodulaatiolla

Sarjakytkentäinen kondensaattori DAC

Rinnakkaiset DAC:t

DAC painovirtojen summauksella
DAC nykyisistä lähteistä
Lähtösignaalin muodostaminen jännitteen muodossa
Rinnakkaiskytkentäinen kondensaattori DAC
DAC jännitteen summauksella

D/A-muuntimen liitännät

DAC kanssa sarjaliitäntä syötetiedot
DAC kanssa rinnakkaisliitäntä syötetiedot

DAC-sovellus

Käsittelee allekirjoitettuja numeroita
Funktioiden kertoimet ja jakajat
Vaimentimet ja integraattorit DAC:issa
Suorat digitaaliset signaalisynteesijärjestelmät

DAC-parametrit

Digitaali-analogiamuuntimet

DAC-muunnin (digital-to-analog converter) on suunniteltu muuntamaan numero, joka yleensä määritellään seuraavasti binäärikoodi, jännitteeseen tai virtaan, joka on verrannollinen digitaalisen koodin arvoon. Digitaali-analogi-muuntimien piirit ovat hyvin erilaisia. Kuvassa Kuvassa 1 on esitetty DAC:n luokittelukaavio sen piiriominaisuuksien mukaan. Lisäksi digitaali-analogi-muuntimien IC:t luokitellaan seuraavien kriteerien mukaan:

Lähtösignaalin tyypin mukaan: virtalähdöllä ja jännitelähdöllä
Digitaalisen liitännän tyypin mukaan: kanssa sarjatulo ja syöttökoodin rinnakkaisella syötöllä
Sirulla olevien DAC:ien lukumäärän mukaan: yksikanavainen ja monikanavainen
Nopeudella: kohtalainen ja suuri nopeus

Riisi. 1. DAC-luokitus

DAC painovirtojen summauksella

Useimmat rinnakkaiset DAC-piirit perustuvat virtojen summaukseen, joista jokaisen voimakkuus on verrannollinen digitaalisen binääribitin painoon, ja vain ne bittivirrat, joiden arvo on yhtä suuri kuin 1, tulisi laskea yhteen. Oletetaan esimerkiksi, että haluat muuntaa nelibittisen binaarikoodin analogiseksi virtasignaaliksi. Neljännen, eniten merkitsevän numeron (MSB) paino on 2 3 =8, kolmannen numeron 2 2 =4, toisen 2 1 =2 ja vähiten merkitsevän numeron 2 0 =1. Jos MZR:n paino minä MZR = 1 mA siis minä SZR =8 mA ja muuntimen suurin lähtövirta minä lähtö max = 15 mA ja vastaa koodia 1111 2. On selvää, että esimerkiksi koodi 1001 2 vastaa minä ulos = 9 mA jne. Tästä syystä on tarpeen rakentaa piiri, joka varmistaa tarkkojen punnitusvirtojen muodostuksen ja kytkemisen annettujen lakien mukaisesti. Yksinkertaisin kaavio, joka toteuttaa tämän periaatteen, on esitetty kuvassa. 3.

KANSSA Vastusten resistanssit valitaan siten, että kun kytkimet ovat kiinni, niiden läpi kulkee purkauspainoa vastaava virta. Avain on suljettava, kun syöttösanan vastaava bitti on yhtä suuri kuin yksi. Lähtövirta määräytyy suhteesta

klo korkea terän syvyys DAC-virransäätövastukset on sovitettava suurella tarkkuudella. Tiukimmat tarkkuusvaatimukset asetetaan korkeimpien numeroiden vastuksille, koska virtojen leviäminen niissä ei saa ylittää alemman asteen numeron virtaa. Siksi vastus levisi k-numeron on oltava pienempi kuin

R/R=2 – k

Tästä ehdosta seuraa, että vastuksen resistanssin leviäminen esimerkiksi neljännessä numerossa ei saa ylittää 3%, ja 10. numerossa - 0,05% jne.

Tarkastetulla järjestelmällä on kaikesta yksinkertaisuudestaan huolimatta joukko haittoja. Ensinnäkin eri tulokoodeilla referenssijännitelähteestä (RPS) kuluma virta on erilainen, ja tämä vaikuttaa lähtöjännitteen RES arvoon. Toiseksi painovastusten vastusarvot voivat vaihdella tuhansia kertoja, mikä tekee näiden vastusten toteuttamisesta puolijohde-IC:issä erittäin vaikeaa. Lisäksi monibittisten DAC:iden korkealuokkaisten vastusten resistanssi voi olla verrattavissa suljetun kytkimen resistanssiin, mikä johtaa muunnosvirheeseen. Kolmanneksi tässä piirissä avoimiin kytkimiin kohdistetaan merkittävä jännite, mikä vaikeuttaa niiden rakentamista.

Nämä puutteet on poistettu AD7520 DAC-piiristä ( kotimainen analogi 572PA1), jonka Analog Devices on kehittänyt vuonna 1973, joka on nyt olennaisesti alan standardi (monet tuotanto-DAC-mallit perustuvat siihen). Ilmoitettu kaavio on esitetty kuvassa. 4. MOS-transistoreja käytetään tässä kytkiminä.

Riisi. 4. DAC-piiri kytkimillä ja vakioimpedanssimatriisilla

Tässä piirissä muunninportaiden painokertoimien asetus suoritetaan jakamalla vertailujännite peräkkäin vakioimpedanssin resistiivisen matriisin avulla. Tällaisen matriisin pääelementti on jännitteenjakaja (kuva 5), jonka on täytettävä seuraava ehto: jos se on kuormitettu vastuksella R n, sitten hän tuloimpedanssi R inx:n on myös otettava arvo R n. Ketjun heikennyskerroin = U 2 /U 1 tällä kuormalla on oltava määritetty arvo. Kun nämä ehdot täyttyvät, saamme seuraavat resistanssien lausekkeet:

kuvan 4 mukaisesti.

Koska missä tahansa kytkimien asennossa S k ne yhdistävät vastusten alemmat liittimet yhteinen bussi piireissä vertailujännitelähde on kuormitettu vakiotuloimpedanssilla R in = R. Näin varmistetaan, että vertailujännite pysyy muuttumattomana mille tahansa DAC-tulokoodille.

Kuvan mukaan Kuviossa 4 piirin lähtövirrat määräytyvät suhteiden mukaan

ja tulovirta

Koska vastusten alemmat liittimet 2 R matriiseja mille tahansa kytkintilalle S k kytkettynä yhteiseen piiriväylään suljettujen kytkinten pienen vastuksen kautta, kytkimien jännitteet ovat aina pieniä, muutaman millivoltin sisällä. Tämä yksinkertaistaa kytkinten ja ohjauspiirien rakentamista ja mahdollistaa laajan valikoiman referenssijännitteiden käytön, mukaan lukien erilaiset polariteetit. Koska DAC-lähtövirta riippuu U op lineaarinen (katso (8)), tämän tyyppisiä muuntimia voidaan käyttää analogisen signaalin kertomiseen (soveltamalla se referenssijännitetuloon) digitaalisella koodilla. Tällaisia DAC:ita kutsutaan kerrotaan(MDAC).

Tämän piirin tarkkuutta heikentää se tosiasia, että korkeabittisten DAC:ien kohdalla on välttämätöntä sovittaa vastus R 0 kytkintä purkausvirroilla. Tämä on erityisen tärkeää korkealuokkaisten avainten kohdalla. Esimerkiksi 10-bittisessä AD7520 DAC:ssa kuuden merkittävimmän bitin MOSFET-avainalueet ja niiden vastus on tehty erilaisiksi. R 0 kasvaa binäärikoodin mukaan (20, 40, 80, ..., 640 Ohm). Tällä tavalla tasataan jännitehäviöt kuuden ensimmäisen bitin kytkimien yli (10 mV asti), mikä varmistaa DAC-transienttivasteen monotonisuuden ja lineaarisuuden. 12-bittisen DAC 572PA2:n differentiaalinen epälineaarisuus on jopa 0,025 % (1 LSB).

Diskreettien välillä digitaalinen maailma ja analogiset signaalit.

Tietosanakirja YouTube

1 / 3

✪ Luento 26. Digitaali-analogiamuunnin R-2R

✪ Rinnakkais ADC DAC

✪ Digitaali-analogi-muunnin

Tekstitykset

Sovellus

DAC:ta käytetään aina, kun on tarpeen muuntaa signaali digitaalisesta esityksestä analogiseksi, esimerkiksi CD-soittimissa (Audio CD).

DAC-tyypit

Suurin osa yleisiä tyyppejä elektroniset DAC:t:

Pulssin leveysmodulaattori - yksinkertaisin tyyppi DAC. Vakaa virran tai jännitteen lähde kytketään ajoittain päälle muunnetun ajan verrannolliseksi ajaksi digitaalinen koodi, sitten tuloksena oleva pulssisekvenssi suodatetaan analogisella alipäästösuodattimella. Tätä menetelmää käytetään usein säätämään sähkömoottoreiden nopeutta, ja siitä on tulossa suosittu myös Hi-Fi-äänilaitteissa;

Ylinäytteistys DAC, kuten delta-sigma-DAC:t, perustuvat muuttuvaan pulssitiheyteen. Ylinäytteistyksen avulla voit käyttää pienemmällä bittisyvyydellä varustettua DAC:ta saavuttaaksesi suuremman bittisyvyyden lopullisessa muunnoksessa; Usein delta-sigma DAC rakennetaan yksinkertaisen yksibittisen DAC:n pohjalta, joka on käytännössä lineaarinen. Matalabittinen DAC vastaanottaa pulssisignaalin pulssitiheys moduloitu(vakiopulssin kestolla, mutta vaihtelevalla käyttöjaksolla), luotu käyttämällä negatiivista palautetta. Negatiivinen Palaute toimii ylipäästösuodattimena kvantisointikohinalle.

Useimmat suuribittiset DAC:t (yli 16 bittiä) on rakennettu tällä periaatteella sen korkean lineaarisuuden ja alhaisten kustannusten vuoksi. Delta-sigma DAC:n nopeus saavuttaa satoja tuhansia näytteitä sekunnissa, bittisyvyys on jopa 24 bittiä. Pulssitiheysmoduloidun signaalin muodostamiseksi voidaan käyttää yksinkertaista ensimmäisen tai korkeamman asteen delta-sigma-modulaattoria, kuten MASH (Multi stage noise SHaping). Uudelleennäytteenottotaajuuden kasvaessa lähtösuodattimen vaatimukset pehmenevät matalat taajuudet ja kvantisointikohinan vaimennus on parantunut;

Punnitustyyppi DAC, jossa jokainen muunnetun binäärikoodin bitti vastaa vastusta tai virtalähdettä, joka on kytketty yhteiseen summauspisteeseen. Lähdevirta (vastuksen johtavuus) on verrannollinen bitin painoon, jota se vastaa. Siten kaikki koodin nollasta poikkeavat bitit lisätään painoon. Punnitusmenetelmä on yksi nopeimmista, mutta sille on ominaista alhainen tarkkuus, joka johtuu useiden erilaisten tarkkuuslähteiden tai vastusten sarjan tarpeesta ja muuttuvasta impedanssista. Tästä syystä punnitus-DAC:iden enimmäisleveys on kahdeksan bittiä;

Ominaisuudet

DAC:t sijaitsevat minkä tahansa järjestelmän analogisen polun alussa, joten DAC:n parametrit määräävät suurelta osin koko järjestelmän parametrit. Seuraavat ovat DAC:n tärkeimmät ominaisuudet.

Suurin näytteenottotaajuus - maksimitaajuus, jolla DAC voi toimia ja tuottaa oikean tuloksen lähdössä. Kotelnikovin lauseen mukaisesti analogisen signaalin oikeaksi toistamiseksi digitaalisesta muodosta on välttämätöntä, että näytteenottotaajuus on vähintään kaksi kertaa signaalispektrin maksimitaajuus. Esimerkiksi koko ihmisen kuuleman äänen taajuusalueen, jonka spektri ulottuu 20 kHz:iin asti, toistamiseksi on välttämätöntä, että äänisignaali näytteistetään vähintään 40 kHz:n taajuudella. Audio CD-standardi määrittää näytteenottotaajuuden äänimerkki 44,1 kHz; pelata annettu signaali Tarvitset DAC:n, joka pystyy toimimaan tällä taajuudella. Halvoissa tietokoneäänikorteissa näytteenottotaajuus on 48 kHz. Muilla taajuuksilla näytteitetyt signaalit näytteistetään uudelleen 48 kHz:iin, mikä huonontaa osittain signaalin laatua.

Staattiset ominaisuudet:
- DNL (differentiaalinen epälineaarisuus) - kuvaa kuinka paljon analogisen signaalin lisäys, joka saadaan lisäämällä koodia 1 vähiten merkitsevällä bitillä (LSB), eroaa oikeasta arvosta;
- INL (integraali epälineaarisuus) - kuvaa kuinka paljon DAC:n siirtoominaisuus poikkeaa ihanteellisesta. Ihanteellinen ominaisuus on tiukasti lineaarinen; INL näyttää kuinka kaukana DAC-lähdön jännite tietylle koodille on lineaarisesta ominaiskäyrästä; ilmaistaan vähimmäispalkana;
- saada;
- puolueellisuus.

Taajuusominaisuudet:
- SNDR (signaali-kohinasuhde + vääristymä) - luonnehtii desibeleinä lähtösignaalin tehon suhdetta kohinan ja harmonisen vääristymän kokonaistehoon;
- HDi ( kerroin i harmoniset) - luonnehtii i:s suhde harmonisista perusarvoihin;
- THD (harmoninen särö) on kaikkien harmonisten (paitsi ensimmäistä) kokonaistehon suhde ensimmäisen harmonisen tehoon.

Sovellus

DAC:ta käytetään aina, kun on tarpeen muuntaa signaali digitaalisesta esityksestä analogiseksi, esimerkiksi CD-soittimissa (Audio CD).

DAC-tyypit

Yleisimmät elektroniset DAC-tyypit ovat:

Pulssin leveysmodulaattori- yksinkertaisin DAC-tyyppi. Vakaa virta- tai jännitelähde kytketään ajoittain päälle muutettavaan digitaaliseen koodiin verrannolliseksi ajaksi, minkä jälkeen tuloksena oleva pulssisekvenssi suodatetaan analogisella alipäästösuodattimella. Tätä menetelmää käytetään usein säätämään sähkömoottoreiden nopeutta, ja siitä on tulossa suosittu myös Hi-Fi-äänilaitteissa;

Ylinäytteistys DAC, kuten delta-sigma DAC:t, perustuvat muuttuvaan pulssitiheyteen. Ylinäytteistyksen avulla voit käyttää DAC:ta pienemmällä bittisyvyydellä saavuttaaksesi suuremman bittisyvyyden lopullisessa muunnoksessa; Usein delta-sigma DAC rakennetaan yksinkertaisen yksibittisen DAC:n pohjalta, joka on käytännössä lineaarinen. Matalabittinen DAC vastaanottaa pulssisignaalin pulssitiheys moduloitu(vakiopulssin kestolla, mutta vaihtelevalla käyttöjaksolla), luotu käyttämällä negatiivista palautetta. Negatiivinen takaisinkytkentä toimii ylipäästösuodattimena kvantisointikohinalle.

Useimmat suuribittiset DAC:t (yli 16 bittiä) on rakennettu tällä periaatteella sen korkean lineaarisuuden ja alhaisten kustannusten vuoksi. Delta-sigma DAC:n nopeus saavuttaa satoja tuhansia näytteitä sekunnissa, bittisyvyys on jopa 24 bittiä. Pulssitiheysmoduloidun signaalin muodostamiseksi voidaan käyttää yksinkertaista ensimmäisen tai korkeamman asteen delta-sigma-modulaattoria, kuten MASH. Monivaiheinen melun muotoilu). Uudelleennäytteenottotaajuuden lisääminen pehmentää alipäästösuodattimen vaatimuksia ja parantaa kvantisointikohinan vaimennusta;

Punnitustyyppi DAC, jossa jokainen muunnetun binäärikoodin bitti vastaa vastusta tai virtalähdettä, joka on kytketty yhteiseen summauspisteeseen. Lähdevirta (vastuksen johtavuus) on verrannollinen bitin painoon, jota se vastaa. Siten kaikki koodin nollasta poikkeavat bitit lisätään painoon. Punnitusmenetelmä on yksi nopeimmista, mutta sille on ominaista alhainen tarkkuus, joka johtuu useiden erilaisten tarkkuuslähteiden tai vastusten sarjan tarpeesta ja muuttuvasta impedanssista. Tästä syystä punnitus-DAC:iden enimmäisleveys on kahdeksan bittiä;

Tikkaat DAC(ketju R-2R piiri). R-2R-DAC:ssa arvot luodaan erityisessä piirissä, joka koostuu vastuksista, joissa on vastukset R Ja 2R, jota kutsutaan vakioimpedanssimatriisiksi, jossa on kahdentyyppisiä sisällytyksiä: tasavirtamatriisi ja käänteisjännitematriisi. Identtisten vastusten käyttö voi parantaa merkittävästi tarkkuutta verrattuna tavanomaiseen punnittavaan DAC:iin, koska on suhteellisen yksinkertaista valmistaa tarkkuuselementtien sarja samoilla parametreilla. R-2R-tyyppiset DAC:t mahdollistavat bittisyvyyden rajoitusten vähentämisen. Yhdellä alustalla olevien vastusten laserleikkauksella saavutetaan 20-22 bitin tarkkuus. Suurin osa muunnosajasta kuluu sisään operaatiovahvistin, joten hänellä täytyy olla maksimi suorituskyky. DAC:n nopeus on muutama mikrosekunti tai vähemmän (eli nanosekuntia);

Ominaisuudet

Suurin näytteenottotaajuus- maksimitaajuus, jolla DAC voi toimia ja tuottaa oikean tuloksen lähdössä. Nyquist-Shannon-lauseen (tunnetaan myös nimellä Kotelnikov-lause) mukaan analogisen signaalin toistamiseksi oikein digitaalisesta muodosta näytteenottotaajuuden on oltava vähintään kaksi kertaa signaalispektrin maksimitaajuus. Esimerkiksi koko ihmisen kuuleman äänen taajuusalueen, jonka spektri ulottuu 20 kHz:iin asti, toistamiseksi on välttämätöntä, että äänisignaali näytteistetään vähintään 40 kHz:n taajuudella. Audio CD -standardi asettaa äänen näytteenottotaajuudelle 44,1 kHz; Tämän signaalin toistamiseksi tarvitset DAC:n, joka pystyy toimimaan tällä taajuudella. Edullisten tietokoneäänikorttien näytteenottotaajuus on 48 kHz. Muilla taajuuksilla näytteitetyt signaalit näytteistetään uudelleen 48 kHz:iin, mikä huonontaa osittain signaalin laatua.

Yksitoikkoinen- DAC:n kyky lisätä analogista lähtösignaalia tulokoodin kasvaessa.

THD+N(harmoninen kokonaissärö + kohina) - DAC:n signaaliin tuoman vääristymän ja kohinan mitta. Ilmaistaan prosentteina lähtösignaalin harmonisesta tehosta ja kohinasta. Tärkeä parametri pienten signaalien DAC-sovelluksiin.

Dynaaminen alue- suurimman ja pienimmän signaalin suhde, jonka DAC voi toistaa, ilmaistuna desibeleinä. Tämä parametri liittyy bittisyvyyteen ja kohinakynnykseen.

Staattiset ominaisuudet:
- DNL (differentiaalinen epälineaarisuus) - kuvaa kuinka paljon analogisen signaalin lisäys, joka saadaan lisäämällä koodia 1 vähiten merkitsevällä bitillä (LSB), eroaa oikeasta arvosta;
- INL (integraali epälineaarisuus) - kuvaa kuinka paljon DAC:n siirtoominaisuus poikkeaa ihanteellisesta. Ihanteellinen ominaisuus on tiukasti lineaarinen; INL näyttää kuinka kaukana DAC-lähdön jännite tietylle koodille on lineaarisesta ominaiskäyrästä; ilmaistaan vähimmäispalkana;
- saada;
- puolueellisuus.

Taajuusominaisuudet:
- SNDR (signaali-kohinasuhde + vääristymä) - kuvaa desibeleinä lähtösignaalin tehon suhdetta kohinan ja harmonisen vääristymän kokonaistehoon;
- HDi (i. harmoninen kerroin) - kuvaa i:nnen harmonisen ja perusharmonisen suhdetta;
- THD (harmoninen särötekijä) on kaikkien harmonisten (paitsi ensimmäistä) kokonaistehon suhde ensimmäisen harmonisen tehoon.

Katso myös

Kirjallisuus

Jean M. Rabai, Anantha Chandrakasan, Borivozh Nikolic. Digitaaliset integroidut piirit. Suunnittelumenetelmät = Digital Integrated Circuits. - 2. painos - M.: Williams, 2007. - 912 s. - ISBN 0-13-090996-3
Mingliang Liu. Demystifying Switched-Capacitor Circuit. ISBN 0-75-067907-7.
Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg. CMOS-analogisten piirien suunnittelu. ISBN 0-19-511644-5.

Linkit

Digital-to-analog converters (DAC), teoria ja toimintaperiaatteet Microelectronics Marketin verkkosivuilla
Digitaalisesta analogiamuuntimet digitaalisiin signaalinkäsittelysovelluksiin
INL/DNL-mittaukset nopeille ADC:ille selittää kuinka INL ja DNL lasketaan
Aleksei Stahov. Fibonacci Computer Osa 1, Osa 2, Osa 3 // PCweek.ru, 2002
R-2R Ladder DAC selitetty sisältää kaavioita

Mikro-ohjaimet

Arkkitehtuuri