Dijital analog devreler. D/A Dönüştürücü

En baştan başlayalım. Dijital müzik (kolayca taşınabilir) bir analog orijinal ve bir analog kopya arasında bir ara formdur. İdeal bir ses sistemi, sonunda orijinaliyle aynı olan bir kopya oluşturur. Henüz %100 olmadı, ancak son 20 yılda buna daha da yaklaştık. Bu sürecin en önemli iki bileşeni, stüdyo için analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) ve stüdyo için dijitalden analoga dönüştürücüdür (DAC). ADC sürecine bakarak başlayalım.

Bir ADC'nin işi, gelen bir elektriksel basınç (voltaj) ses dalgasının genliğini (yüksekliğini) tekrar tekrar ölçmek ve bu ölçümleri uzun bir ikili bayt listesi olarak vermektir. Böylece dalga biçiminden matematiksel bir "resim" oluşturulur. Bitler ve baytlar için endişelenmeyin. Bizim amacımız için bunlar sadece rakamlar. Ne yani, bu sinyali kaydedip yeniden yaratmaya mı çalışacağız? Örneğimizdeki tek dalga biçimi, stüdyodaki havada ortaya çıkan ve doğal olarak havada birleşen ve mikrofonun bir noktasına belirli bir sırayla tek bir analog ses olarak gelen tüm enstrümanlardan gelen tüm frekanslarda bir sonuç olarak analogdur veya kopyalanmıştır. Bunu duymak için kulak zarımızda işlenen doğal bir şekilde.

Tüm enstrümanlardan ve onların harmoniklerinden gelen ve odanın (ses sahnesi) yansımalarından alınan bu sayılamayan çok sayıda frekans, havada doğal olarak birleştirilir ve doğal olarak bir kompleks olarak "kodlanır" ve şu anda müzikle ilgili orijinal gerçektir ve şu anda müzikle ilgili orijinal gerçektir. doğru bir şekilde kopyalamaya çalışıyoruz. Şimdi dijital ve taşınabilir öz hakkında
Örnekleme hızı belirlendi ve ADC işini yaptı ve veriler artık büyük bir sayı dosyasına dönüştürüldü, ancak sayısız formatta değiştirilebilir ve dünya çapında aktarılabilir, kopyalanabilir ve nihayet dinleme odanızda sunulabilir, DAC'niz için. Dosyanın bütünlüğü korunuyorsa, yani bit ideal olacaktır. ADC'de oluşturulan aynı sayısal değerler DAC'nize sunulur. Eğer öyleyse, o zaman veriler ideal olacaktır. DAC oynatma (DAC) DAC, bir dosyadan dijital verileri okumak ve bir zamanda kaydedilen orijinal analog sinyalin bir kopyasını yeniden oluşturmaya çalışmak.

DAC türleri ve nasıl çalıştıkları DAC, dijital verileri yüksek kaliteli ekipman veya kulaklıklarda çalınacak sesin sürekli analog elektrik eşdeğerine dönüştüren bir devredir. Genlik, örnekleme hızına göre oluşan dijital bir sayıdır (örneğin, saniyede 44.100 kez). Bu işlem, bir benzin istasyonunda hareket eden, üzerinde boş testiler bulunan sonsuz bir konveyör bandına çok benzer. Sürahinin boyutu sabittir ve geçtikleri hız örnekleme hızı ile belirlenir. Amaç, her sürahiyi tam olarak müzikte belirtilen seviyeye kadar doldurmaktır. Bu amaca ulaşmak için kullanılan üç teknik vardır; Delta Sigma, Merdiven ve MSB İşaret Büyüklük Merdiveni. Delta Sigma DAC (Bir Bit) Her numune veya kavanoz, dökmek ve hedefe ulaşmak için birçok ölçüm kabı ile doğru seviyeye kadar doldurulur.
"Bir bit", dolu veya boş bir ölçüm kabıdır. 64 kez yeniden örnekleme ile, fincan, sürahinin hacminin sadece 1/64'ü kadardır. Oldukça kötü bir kupa ve yeterince doğru olmaya yakın değil. olması için kupanın sürahi hacminin 1/16.777.216'sı olması gerekir. Burada filtreleme önemlidir.

DAC Merdiveni (Merdiven)

Ladder DAC, tek bir ölçüm kabı (veya uç) yerine çok küçükten çok büyüğe çeşitli kapların mevcut olması bakımından farklıdır. Her bir sürahiyi tam olarak doldurmak için herhangi bir bardak kombinasyonu kullanılabilir. Filtreleme gerekmez, ancak doğruluk, kullanılan tüm kapların birleşik hatasıyla belirlenir.

DAC MSB İşaret Büyüklük Merdiveni

MSB Sign Magnitude Ladder DAC, Ladder DAC olarak, zarif ve iki şekilde kulplu. Çünkü bardaklar bittiğinde genellikle 1/2 dolu oluyor ve boş bardaklar yerine çok doğru 1/2 dolu bardaklarla başlıyor. Oradan, yine her bir bardağı ekleyerek veya çıkararak çok çeşitli ölçüm kapları kullanıyoruz.
Her bir kap tam olarak doldurulduğu için filtrasyona gerek yoktur. İşitme duyumuz düşük seviyeli sese karşı en hassas olduğu için, DAC'miz en küçük ve en doğru kap ölçümlerini kullandığımız 1/2 dolu civarında en doğrudur. Yeniden örneklemeye ne dersiniz? MSB senkron üst örnekleme, basitçe, mevcut bankalar arasına başka bir banka eklemek ve onları daha hızlı hareket ettirmek anlamına gelir. Yeni boş olanlardan önce ve sonra birçok tenekeye bakmak, dolu olarak sayılır. DAC'ler Üzerine Son Bir Söz Sony ve Philips'in orijinal yolu, Ladder DAC'ın dijital bilgilerini, bağlandığında bir merdiven gibi görünen dirençler ekleyerek dönüştürmektir (dolayısıyla adı). Ancak, 1541DAC hatalı olduğu için dirençleri yeterince doğru elde etmek zor olduğundan, Philips'in inşa etmesi çok zordu. Ama yine de, yeni nesil Delta Sigma DAC'den daha iyi geliyordu. DAC Merdiveni teknik olarak çekici çünkü pasif bir süreç gibidir (herhangi bir tür sıfır işleme, evet kendimi dönüştürmenin bir süreç olduğunu biliyorum), bu da aktif örnekleme ve orta işleme olmadığı, yalnızca hız sınırı olmayan basit dirençler olduğu anlamına gelir. MSB Merdiveni (merdiven) en doğru olanıdır. Direnç daha hızlıdır - 5 MHz'den fazla. 160 dB ses seviyesine sahiptir. Ve bugün dünyadaki çok daha doğru ve en yüksek hassasiyetli DAC'ler.

Dijitalden analoğa dönüştürücü (DAC), dijital bir kodu, kodun değeriyle orantılı bir miktarda analog sinyale dönüştürmek için kullanılan bir cihazdır.

DAC'ler, dijital kontrol sistemlerini analog sinyal seviyesi tarafından kontrol edilen cihazlarla iletişim kurmak için kullanılır. Ayrıca DAC, analogdan dijitale aygıtların ve dönüştürücülerin birçok yapısında ayrılmaz bir parçadır.

DAC, bir dönüştürme işlevi ile karakterize edilir. Dijital koddaki bir değişikliği voltaj veya akımdaki bir değişiklikle ilişkilendirir. DAC dönüştürme işlevi aşağıdaki gibi ifade edilir

sen dışarı- dijital koda karşılık gelen çıkış voltajının değeri N içinde DAC girişlerine uygulanır.

U max- girişlere maksimum kodun verilmesine karşılık gelen maksimum çıkış voltajı N maks

değer çay kaşığı oran tarafından belirlenen , dijitalden analoğa dönüştürme faktörü olarak adlandırılır. Giriş değerindeki (dijital kod) ayrık bir değişiklikle bağlantılı özelliğin adım adım biçimine rağmen, DAC'lerin lineer dönüştürücüler olduğuna inanılmaktadır.

eğer değer N içinde basamaklarının ağırlıklarının değerleri ile temsil edilir, dönüşüm fonksiyonu aşağıdaki gibi ifade edilebilir.

, nerede

i- giriş kodu basamağı sayısı N içinde; AI- anlam i hane (sıfır veya bir); ben - ağırlık i-inci kategori; n, giriş kodunun bit sayısıdır (DAC'nin bit sayısı).

Basamak ağırlığı, belirli bir bit derinliği için belirlenir ve aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır.

U OP - DAC'nin referans voltajı

Çoğu DAC'nin çalışma prensibi, giriş koduna bağlı olarak analog sinyallerin oranlarının (bit ağırlığı) toplamıdır.

Bir DAC, akımları toplayarak, voltajları toplayarak ve voltajları bölerek uygulanabilir. Birinci ve ikinci durumlarda, giriş kodunun bitlerinin değerlerine göre, mevcut jeneratörlerin sinyalleri ve E.D.S. Son yöntem, kod kontrollü bir voltaj bölücüdür. Son iki yöntem, uygulanmasının pratik zorlukları nedeniyle yaygın olarak kullanılmamaktadır.

Ağırlıklı Akım Toplamı ile DAC Uygulama Yolları

Ağırlıklı akım toplamı ile en basit DAC'nin yapısını düşünün.

Bu DAC, bir dizi direnç ve bir dizi anahtardan oluşur. Anahtar sayısı ve direnç sayısı bit sayısına eşittir. n giriş kodu. Direnç değerleri ikili yasaya göre seçilir. R=3 ohm ise, 2R= 6 ohm, 4R=12 ohm vb., yani. sonraki her direnç bir öncekinden 2 kat daha büyüktür. Bir voltaj kaynağı bağlandığında ve anahtarlar kapatıldığında, her dirençten akım akacaktır. Değerlerinin uygun seçimi nedeniyle dirençlerden geçen akımların değerleri de ikili yasaya göre dağıtılacaktır. Kodu girerken N içinde anahtarlar, bunlara karşılık gelen giriş kodu bitlerinin değerine göre açılır. İlgili bit bire eşitse anahtar kapatılır. Bu durumda, bu bitlerin ağırlıklarıyla orantılı akımlar düğümde toplanır ve düğümden bir bütün olarak akan akımın değeri, giriş kodunun değeriyle orantılı olacaktır. N içinde.

Matris dirençlerinin direnci oldukça büyük seçilir (onlarca kΩ). Bu nedenle, çoğu pratik durumda DAC, yük için bir akım kaynağı rolünü oynar. Dönüştürücünün çıkışında voltaj elde etmek gerekirse, böyle bir DAC'nin çıkışına, örneğin bir işlemsel yükselticiye bir akım-gerilim dönüştürücüsü kurulur.

Ancak DAC girişlerinde kod değiştirildiğinde referans gerilim kaynağından alınan akım miktarı değişir. Bu, bir DAC oluşturma yönteminin ana dezavantajıdır. . Bu yapım yöntemi, yalnızca referans voltaj kaynağının düşük iç dirençli olması durumunda kullanılabilir. Başka bir durumda, giriş kodunun değiştirildiği anda, kaynaktan alınan akım değişir, bu da iç direnci boyunca voltaj düşüşünde bir değişikliğe ve dolayısıyla çıkış akımında doğrudan ilgili olmayan ek bir değişikliğe yol açar. kod değişikliği için. Bu eksiklik, DAC'nin anahtarlama anahtarlı yapısı ile ortadan kaldırılabilir.

Bu yapının iki çıktı düğümü vardır. Giriş kodunun bitlerinin değerine bağlı olarak, bunlara karşılık gelen anahtarlar, cihazın çıkışıyla ilişkili düğüme veya çoğunlukla topraklanmış olan başka bir düğüme bağlanır. Bu durumda, anahtarın konumundan bağımsız olarak matrisin her bir direncinden akım sürekli olarak akar ve referans voltaj kaynağından tüketilen akım miktarı sabittir.

Her iki kabul edilen yapının ortak bir dezavantajı, matris dirençlerinin en küçük ve en büyük değeri arasındaki büyük orandır. Aynı zamanda, direnç değerlerindeki büyük farka rağmen, değer açısından hem en büyük hem de en küçük direncin aynı mutlak doğruluğunu sağlamak gerekir. DAC'nin 10'dan fazla bit sayısına sahip entegre versiyonunda bunu sağlamak oldukça zordur.

Yukarıdaki tüm dezavantajlardan, dirençli yapılara dayalı R-2R matrisler

Dirençli bir matrisin böyle bir yapısı ile, sonraki her paralel daldaki akım, öncekinden yarı yarıya daha azdır. Matriste sadece iki direnç değerinin bulunması, değerlerini ayarlamayı oldukça kolaylaştırır.

Sunulan yapıların her biri için çıkış akımı, eşzamanlı olarak yalnızca giriş kodunun değeriyle değil, aynı zamanda referans voltajının değeriyle de orantılıdır. Genellikle bu iki miktarın çarpımı ile orantılı olduğu söylenir. Bu nedenle, bu tür DAC'lere çarpma denir. Hepsi bu özelliklere sahip olacak. DAC, deşarjların ağırlıklarına karşılık gelen akımların ağırlıklı değerlerinin oluşumunun dirençli matrisler kullanılarak gerçekleştirildiği.

Çarpma DAC'leri, kullanım amaçlarına ek olarak, kod kontrollü dirençler ve iletkenler olarak analogdan dijitale çarpanlar olarak kullanılır. Kod kontrollü (ayarlanabilir) amplifikatörlerin, filtrelerin, referans voltaj kaynaklarının, sinyal koşullandırıcıların vb. yapımında bileşenler olarak yaygın olarak kullanılırlar.

DAC'nin temel parametreleri ve hataları

Dizinde görülebilen ana parametreler:

1. Basamak sayısı - giriş kodunun basamak sayısı.

2. Dönüştürme faktörü - bir lineer dönüşüm fonksiyonu için çıkış sinyali artışının giriş sinyali artışına oranı.

3. Çıkış voltajının veya akımının yerleşme süresi - DAC girişinde belirtilen kod değişikliği anından çıkış voltajının veya akımın nihayet en az anlamlı bitin genişliği ile bölgeye girdiği ana kadar geçen zaman aralığı ( MZR).

4. Maksimum dönüştürme frekansı - belirtilen parametrelerin belirlenmiş standartlara uygun olduğu en yüksek kod değişikliği sıklığı.

DAC'nin performansını ve çalışmasının özelliklerini karakterize eden başka parametreler de vardır. Bunlar şunları içerir: düşük ve yüksek seviyeli giriş voltajı, akım tüketimi, çıkış voltajı veya akım aralığı.

Bir DAC için en önemli parametreler, onun doğruluk özelliklerini belirleyen parametrelerdir.

Her DAC'nin doğruluk özellikleri , Her şeyden önce, büyüklük olarak normalleştirilmiş hatalarla belirlenirler.

Hatalar dinamik ve statik olarak ikiye ayrılır. Statik hatalara, giriş kodunun değiştirilmesiyle ilgili tüm geçici işlemlerin tamamlanmasından sonra kalan hatalar denir. Dinamik hatalar, giriş kodunun değiştirilmesi sonucu ortaya çıkan DAC çıkışındaki geçici süreçler tarafından belirlenir.

Ana DAC statik hataları türleri:

Ölçeğin uç noktasındaki mutlak dönüştürme hatası, çıkış voltajının (akım) değerinin, dönüştürme fonksiyonunun skalasının bitiş noktasına karşılık gelen nominal değerden sapmasıdır. Dönüşümün en az anlamlı basamağının birimlerinde ölçülür.

Çıkışta sıfır ofset voltajı – Çıkış voltajının sıfır değerine karşılık gelen giriş kodunda DAC çıkışındaki DC voltajı. En az anlamlı basamağa sahip birimlerle ölçülür. Dönüşüm katsayısı hatası (ölçeklendirilmiş) - dönüşüm fonksiyonunun eğiminin gerekli olandan sapması ile ilgili.

DAC doğrusal olmama durumu, gerçek dönüştürme fonksiyonunun kararlaştırılan düz çizgiden sapmasıdır. Başa çıkması zor olan en kötü hatadır.

Doğrusal olmayan hatalar genellikle iki türe ayrılır - integral ve diferansiyel.

İntegral doğrusal olmama hatası, gerçek özelliğin ideal olandan maksimum sapmasıdır. Aslında, bu durumda ortalama dönüşüm fonksiyonu dikkate alınır. Bu hatayı, çıktı değerinin son aralığının yüzdesi olarak belirleyin.

Diferansiyel doğrusal olmama, rakamların ağırlıklarının ayarlanmasındaki yanlışlık ile ilişkilidir, yani. bölücü elemanların hataları, ana elemanların artık parametrelerinin yayılması, akım üreteçleri vb.

DAC hatalarını belirleme ve düzeltme yöntemleri

Dönüştürücülerin imalatı sırasında hata düzeltmesinin yapılması arzu edilir (teknolojik ayarlama). Bununla birlikte, belirli bir numune kullanıldığında genellikle arzu edilir. BIS bir cihazda veya diğerinde. Bu durumda, düzeltmeye ek olarak, cihazın yapısına dahil edilerek düzeltme gerçekleştirilir. BIS DAC'ı ek unsurlar. Bu tür yöntemlere yapısal denir.

En zor süreç, birçok öğe ve düğümün ilişkili parametreleri tarafından belirlendiğinden doğrusallığı sağlamaktır. Çoğu zaman, yalnızca sıfır ofset, katsayı

Teknolojik yöntemlerle sağlanan doğruluk parametreleri, dönüştürücü, başta sıcaklık olmak üzere çeşitli kararsızlaştırıcı faktörlere maruz kaldığında bozulur. Element yaşlanma faktörünü de hatırlamak gerekir.

Sıfır ofset hatası ve ölçek hatası, DAC çıkışında kolayca düzeltilir. Bunu yapmak için, çıkış sinyaline dönüştürücü karakteristiğinin kaymasını telafi eden sabit bir kayma eklenir. Gerekli dönüştürme ölçeği, ya yükseltici dönüştürücünün çıkışında ayarlanan kazancı ayarlayarak ya da DAC bir çarpan ise referans voltajının değerini ayarlayarak ayarlanır.

Test kontrollü düzeltme yöntemleri, tüm izin verilen giriş etkileri kümesindeki DAC hatalarını tanımlamayı ve bu hataları telafi etmek için buna dayanarak hesaplanan düzeltmeleri giriş veya çıkış değerine eklemeyi içerir.

Test sinyali ile kontrol edilen herhangi bir düzeltme yöntemi ile aşağıdaki eylemler sağlanır:

1. Hataları belirlemek için yeterli bir dizi test eylemi üzerinde DAC'nin özelliklerinin ölçümü.

2. Ölçüm sonuçlarından sapmalarını hesaplayarak hataların belirlenmesi.

3. Dönüştürülen değerler için düzeltici düzeltmelerin hesaplanması veya düzeltilmiş bloklar üzerinde gerekli düzeltici eylemler.

4. Düzeltme.

Kontrol, özel laboratuvar ölçüm cihazları kullanılarak dönüştürücü cihaza monte edilmeden önce bir kez yapılabilir. Ayrıca, cihaza yerleşik özel ekipman kullanılarak da gerçekleştirilebilir. Bu durumda, kontrol, kural olarak, dönüştürücü doğrudan cihazın çalışmasına dahil olana kadar her zaman periyodik olarak gerçekleştirilir. Dönüştürücülerin bu tür kontrol ve düzeltme organizasyonu, mikroişlemci ölçüm sisteminin bir parçası olarak çalışması sırasında gerçekleştirilebilir.

Herhangi bir uçtan uca kontrol yönteminin ana dezavantajı, heterojenlik ve kullanılan büyük miktarda ekipman ile birlikte uzun kontrol süresidir.

Bir şekilde belirlenen düzeltme değerleri, kural olarak dijital biçimde saklanır. Bu düzeltmeler dikkate alınarak hataların düzeltilmesi hem analog hem de dijital biçimde gerçekleştirilebilir.

Dijital düzeltme ile, işaretleri dikkate alınarak DAC'nin giriş koduna düzeltmeler eklenir. Sonuç olarak, çıkışında gerekli voltaj veya akım değerinin oluştuğu DAC girişine bir kod gelir. Bu düzeltme yönteminin en basit uygulaması, düzeltilebilir bir DAC, dijital depolama cihazının kurulu olduğu girişte ( hafıza). Giriş kodu, bir adres kodunun rolünü oynar. İÇİNDE hafıza ilgili adreslerde, önceden hesaplanmış, düzeltmeler dikkate alınarak, düzeltilmiş DAC'ye verilen kodların değerleri girilir.

Analog düzeltme ile ana DAC'ye ek olarak başka bir ek DAC kullanılır. Çıkış sinyalinin aralığı, düzeltilmiş DAC'nin maksimum hatasına karşılık gelir. Giriş kodu aynı anda düzeltilmiş DAC girişlerine ve adres girişlerine beslenir. hafıza Değişiklikler. İtibaren hafıza düzeltmeler, giriş kodunun verilen değerine karşılık gelen düzeltme seçilir. Düzeltme kodu, düzeltilmiş DAC'nin çıkış sinyaline eklenen, kendisiyle orantılı bir sinyale dönüştürülür. Ek DAC'nin çıkış sinyalinin gerekli aralığının, düzeltilmiş DAC'nin çıkış sinyali aralığına kıyasla küçük olması nedeniyle, ilkinin içsel hataları ihmal edilir.

Bazı durumlarda, DAC dinamiklerini düzeltmek gerekli hale gelir.

Farklı kod kombinasyonlarını değiştirirken DAC'nin geçici tepkisi farklı olacaktır, diğer bir deyişle çıkış sinyalinin yerleşme süresi farklı olacaktır. Bu nedenle, bir DAC kullanırken, maksimum oturma süresi dikkate alınmalıdır. Ancak bazı durumlarda transfer karakteristiğinin davranışını düzeltmek mümkündür.

LSI DAC kullanımının özellikleri

Modernin başarılı bir şekilde uygulanması için BIS DAC, ana özelliklerinin listesini ve dahil edilmeleri için ana şemaları bilmek için yeterli değildir.

Uygulama sonuçları üzerinde önemli etki BIS DAC, belirli bir mikro devrenin özelliklerinden dolayı performans gereksinimleri sağlar. Bu tür gereksinimler, yalnızca geçerli giriş sinyallerinin, güç kaynağı voltajlarının, yük kapasitansının ve direncin kullanımını değil, aynı zamanda farklı güç kaynaklarını açma sırasının uygulanmasını, farklı güç kaynaklarının ve ortak bir veri yolunun bağlantı devrelerinin ayrılmasını, filtre kullanımı vb.

Hassas DAC'ler için gürültü çıkış voltajı özellikle önemlidir. DAC'deki gürültü sorununun bir özelliği, dönüştürücünün içindeki anahtarlama anahtarlarının neden olduğu çıkışında voltaj yükselmelerinin varlığıdır. Genlik olarak, bu patlamalar onlarca ağırlığa ulaşabilir. MZR ve DAC'yi takip eden analog sinyal işleme cihazlarının çalışmasında zorluklar yaratır. Bu tür patlamaları bastırma sorununun çözümü, DAC'nin çıkışında örnekle ve tut cihazları kullanmaktır ( UVH). UVH DAC girişinde yeni kod kombinasyonları üreten sistemin dijital kısmından kontrol edilir. Yeni bir kod kombinasyonu göndermeden önce UVHçıkışa analog sinyal iletim devresini açarak depolama moduna alınır. Bu nedenle, DAC'nin çıkış voltajı artışı çıkışa düşmez. UVH, daha sonra DAC'nin çıkış sinyalini tekrarlayarak izleme moduna geçirilir.

dayalı bir DAC oluştururken özel dikkat BIS DAC'nin çıkış akımını voltaja dönüştürmeye yarayan işlemsel yükselteç seçimine dikkat etmek gerekir. Giriş kodunu çıkışta DAC'ye uygularken kuruluş birimi hata çalışacak Dsen, öngerilim voltajı nedeniyle ve eşittir

,

nerede U cm– ön gerilim kuruluş birimi; R os- geri besleme devresindeki direncin değeri kuruluş birimi; R m girişine uygulanan kodun değerine bağlı olan DAC'nin (DAC'nin çıkış direnci) dirençli matrisinin direncidir.

Oran 1'den 0'a değiştiği için hata U cm, koridorlardaki değişiklikler (1...2)U cm. Etkilemek U cm kullanırken ihmal kuruluş birimi, hangisi .

Transistör anahtarlarının geniş alanı nedeniyle CMOS BIS LSI DAC'nin önemli çıkış kapasitansı (giriş kodunun değerine bağlı olarak 40...120 pF). Bu kapasitans, çıkış voltajının yerleşme süresi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. kuruluş birimi gerekli doğrulukta. Bu etkiyi azaltmak için R os bir kapasitör tarafından şant eşekarısı ile.

Bazı durumlarda DAC çıkışında bipolar çıkış voltajı elde etmek gerekir. Bu, çıkış voltajı aralığının çıkışına bir önyargı ekleyerek ve referans voltaj kaynağının polaritesini değiştirerek DAC'leri çoğaltarak elde edilebilir.

Entegre bir DAC kullanıyorsanız lütfen unutmayın. , ihtiyaç duyduğunuzdan daha fazla bit sayısına sahipseniz, kullanılmayan bitlerin girişleri toprak yoluna bağlanır ve bunlar üzerindeki mantıksal sıfırın seviyesini açık bir şekilde belirler. Ayrıca, mümkünse, LSI DAC'ın geniş bir çıkış sinyali aralığıyla çalışmak için, en küçükten başlayarak bu bitler için bu tür bitler alınır.

DAC kullanımının pratik örneklerinden biri, çeşitli şekillerdeki sinyal koşullandırıcılardır. Proteus'ta küçük bir model yaptı. Kontrollü bir MK'nin (Atmega8, Tiny'de yapılabilmesine rağmen) DAC'si kullanılarak çeşitli şekillerde sinyaller oluşturulur. Program CVAVR'da C ile yazılmıştır. Düğmeye basıldığında üretilen sinyal değişir.

LSI DAC DAC0808 Ulusal Yarı İletken, 8 bit, yüksek hızlı, tipik devreye göre dahildir. Çıkışı akım olduğu için op-amp üzerinde evirici bir yükselteç yardımıyla gerilime çevrilir.

Prensip olarak, gerçeği hatırlatan böyle ilginç figürlere bile sahip olabilirsiniz? Daha fazlası için biraz derinlik seçerseniz daha yumuşak olursunuz

Kaynakça:
1. Bakhtiyarov G.D., Malinin V.V., Shkolin V.P. Analogdan dijitale dönüştürücüler / Ed. G.D.Bahtiyarova - M.: Sov. radyo. - 1980. - 278 s.: hasta.
2. Analog-dijital kontrol ve yönetim mikroişlemci sistemlerinin tasarımı.
3. O.V. Şişov. - Saransk: Mordov Yayınevi. un-ta 1995. - s.

Projeyi aşağıdan indirebilirsiniz

Analog sinyaller, birçok teknik parametre ile karakterize edilir; bunlardan biri, örneğin, insan kulağı 1 ila 22 kHz aralığında bir frekansa sahip sinyalleri duyarken, görünür ışık milyarlarca hertz olarak ölçülen frekansları içerir. Analog bir sinyali kaydetmenin bir örneği, bir gramofon kaydıdır. Önce siyah beyaz, sonra renkli fotoğraflar da analog sinyal kaydetmenin bir örneğidir.

Hemen hemen her zaman arkasından birkaç kelime söylemek faydalıdır, böylece düşündüğümüz cihazların çözmesi gereken görev daha net olur.

ADC dijitale çevirir. Genellikle, ölçüm anındaki sinyalin büyüklüğüne karşılık gelen sayı, ikili kod ile temsil edilir. Her ölçüm, nicemleme frekansı adı verilen belirli bir frekansta gerçekleştirilir.

Teorik olarak doğrulanmış minimum nicemleme frekansı, bozulmamış sinyal geri kazanımı sağlar. Bu sinyal distorsiyonsuzdur ve dijital-analog dönüştürücü tarafından çıkışta geri yüklenmelidir. Kuantizasyon frekansı, dönüştürülen sinyalin en az iki maksimum frekansı olmalıdır. Örneğin, bir ses sinyalinin bozulmamış bir dönüşümü için 44 kHz'lik bir niceleme frekansı yeterlidir.

Şimdi, girişte karşılık gelen analog sinyale dönüştürmesi gereken bir dizi ikili koda sahip olduğu açıktır.

Çalışmada güvenilirlik ve hizmet ömrü de göstergelere dahildir, ancak bu parametreler DAC'nin çalışma prensibine değil, eleman bazına ve yapı kalitesine bağlıdır. Dönüştürme ilkesinden bağımsız olarak, dijitalden analoğa dönüştürücüler, dinamik aralık, dönüştürme doğruluğu ve zamanlama gibi özelliklerle ayırt edilir.

DAC'nin giriş ve çıkışı için dinamik aralık, maksimum giriş (çıkış) değerinin minimum giriş (çıkış) değerine oranı olarak belirlenir.

Zaman parametrelerinden biri, niceleme periyodu olarak adlandırılan nicemleme frekansının karşılığıdır. DAC için bu değerin, sinyalin dönüştürüldüğü ADC tarafından ayarlandığı açıktır.

DAC'nin hızını karakterize eden ana değer, dönüşüm süresidir. Burada şunları seçmelisiniz: daha uzun bir dönüştürme süresi - daha doğru bir DAC, ancak hızı daha düşük ve bunun tersi de geçerli.

Formüller ve diyagramlar vermeden dijitalden analoğa dönüştürmenin bazı ilkelerini ele alalım. Dönüşümün iki ilkesi vardır - seri ve paralel.

Dijitalden analoğa dönüştürücü, girişteki dijital kod dizisini çıkışta bir dizi dikdörtgen darbeye dönüştürür. Darbenin genişliği ve bir sonraki darbeye kadar olan aralık, alınan ikili kodun değerine bağlı olarak belirlenir. Bu nedenle alçak geçiren filtrenin çıkışında değişken periyotlarla girişe giren darbelerden analog bir sinyal elde edilir.

Paralel dönüştürme, örneğin, kararlı bir güç kaynağına paralel bağlanmış dirençler kullanılarak gerçekleştirilir. Direnç sayısı, girişe giren kodun bit derinliğine eşittir. Direncin yüksek sıradaki değeri, önceki düşük sıradakinden 2 kat daha azdır. Her direncin devresinde bir anahtar vardır. Giriş kodu tuşları kontrol eder - burada 1, akım geçer. Bu nedenle devrelerde akım, deşarjın ağırlığına göre belirlenir ve çıkıştaki dijital-analog dönüştürücü, kaydedilen ikili koda karşılık gelecek toplam bir akıma sahiptir.

Dijitalden Analoga Dönüştürücüler (DAC) — dijital sinyalleri analoğa dönüştürmek için tasarlanmıştır. Böyle bir dönüştürme, örneğin, daha önce uzun bir mesafe veya depolama üzerinden iletim için dijitale dönüştürülmüş bir analog sinyali geri yüklerken gereklidir (böyle bir sinyal, özellikle ses olabilir). Böyle bir dönüşümün kullanımına başka bir örnek, çalışma modu doğrudan bir analog sinyal tarafından belirlenen (özellikle motorların kontrolünde gerçekleşir) cihazların dijital kontrolünde bir kontrol sinyalinin alınmasıdır.

(xtypo_quote)DAC'nin ana parametreleri arasında çözünürlük, yerleşme süresi, doğrusal olmama hatası vb. bulunur. (/xtypo_quote)

Çözünürlük, çıkış analog sinyali için maksimum niceleme adımı sayısının karşılığıdır. Ayarlama süresi t set - giriş kodundan girişe, çıkış sinyalinin hata tarafından belirlenen belirtilen sınırlara girdiği ana kadar geçen zaman aralığı. Doğrusal olmayan hata - tüm dönüşüm aralığı boyunca ideal düz çizgiyle ilgili olarak, dijital sinyal tarafından belirtilen voltajdan çıkış voltajı grafiğinin maksimum sapması.

İncelenenler gibi, DAC'ler de analog ve dijital elektronik arasındaki "bağ"dır. Bir ADC oluşturmak için çeşitli ilkeler vardır.

Ağırlık akımlarının toplamı ile bir DAC şeması

Şek. 3.88, ağırlık akımlarının toplamı ile bir DAC devresini göstermektedir.

S 5 tuşu sadece tüm S 1 ... S 4 tuşları açıkken kapatılır (bu durumda, u out = 0). U 0

- referans voltajı. Giriş devresindeki her direnç, ikili sayının belirli bir bitine karşılık gelir.

Özünde, bu DAC, işlemsel bir yükselticiye dayalı bir evirici yükselticidir. Böyle bir planın analizi zor değildir. Yani, eğer bir anahtar kapalıysa

S1, sonra u dışarı = −U 0 R oc / R

bu, kalan rakamlardaki ilk ve sıfırlara karşılık gelir.

Devrenin analizinden, çıkış voltajı modülünün, ikili kodu S 1 ... S 4 tuşlarının durumu ile belirlenen sayı ile orantılı olduğu takip edilir. S 1 ... S 4 anahtarlarının akımları "a" noktasında toplanır ve farklı anahtarların akımları farklıdır (farklı "ağırlıklara" sahiptir). Bu, devrenin adını belirler.

Yukarıdan, u out \u003d - (U 0 R oc / R) S 1 - (U 0 R oc / (R / 2)) S 2 - - (U 0 R oc / (R / 4)) S 3 - (U 0 R oc / (R/8)) S 4 = = - (U 0 R oc / R) (8S 4 + 4S 3 + 2S 2 + S 1)

burada S i ,i = 1, 2, 3, 4 karşılık gelen anahtar kapalıysa 1, anahtar açıksa 0 değerini alır.

Anahtarların durumu, giriş dönüştürme kodu tarafından belirlenir. Devre basittir, ancak dezavantajları vardır: anahtarlardaki voltajda önemli değişiklikler ve çok farklı dirençlere sahip dirençlerin kullanılması. Bu dirençlerin gerekli doğruluğunu sağlamak zordur.

Direnç matrisi R - 2R'ye dayalı DAC

Dirençli bir R - 2R matrisine (sabit direnç matrisi) dayalı bir DAC düşünün (Şekil 3.89).

Devre, her biri durumlardan birinde ortak bir noktaya bağlı olan S1 ... S4 çevirme anahtarlarını kullanır, bu nedenle tuşlardaki voltajlar düşüktür. S 5 anahtarı, yalnızca tüm S 1 ... S 4 tuşları ortak bir noktaya bağlandığında kapatılır. Giriş devresi, yalnızca iki farklı direnç değerine sahip dirençler kullanır.

Devrenin analizinden, bunun için çıkış voltajı modülünün, ikili kodu S 1 ... S 4 tuşlarının durumu ile belirlenen sayı ile orantılı olduğu görülebilir. Aşağıdakiler göz önüne alındığında analizin gerçekleştirilmesi kolaydır. S 1 ... S 4 tuşlarının her birinin ortak bir noktaya bağlanmasına izin verin. Ardından, kolayca görülebileceği gibi, "a" ... "d" noktalarının her birindeki ortak noktaya göre voltaj, bir öncekinden 2 kat daha fazladır. Örneğin, "b" noktasındaki voltaj "a" noktasından 2 kat daha fazladır (belirtilen noktalardaki U a, U b, U c ve U d voltajları aşağıdaki gibi belirlenir:

Belirtilen anahtarların durumunun değiştiğini varsayalım. Daha sonra, işlemsel yükselticinin girişleri arasındaki voltaj neredeyse sıfır olduğu için "a" ... "d" noktalarındaki voltajlar değişmeyecektir.

Yukarıdakilerden, şu şekildedir:

u out \u003d - (U 0 R oc / 2R) S 4 - ((U 0/2) R oc / 2R) S 3 - ((U 0/4) R oc / 2R) S 2 - (( U 0 / 8) R oc / 2R) S 1 \u003d - (U 0 R oc / 16R) (8S 4 + 4S 3 + 2S 2 + S 1)

burada S i , i = 1, 2, 3, 4 karşılık gelen anahtar kapalıysa 1 ve açıksa 0 değerini alır.

İkiliden ondalığa dönüştürme için DAC

İkili ondalık sayıları dönüştürmek için bir DAC düşünün (Şekil 3.90).

Bir ondalık sayının her basamağını temsil etmek için ayrı bir R − 2R matrisi kullanılır (dikdörtgenlerle gösterilir). Z 0 …Z 3, her R − 2R matrisinin anahtarlarının durumu tarafından belirlenen sayıları ifade eder. Her matrisin R direncini hesaba katarsak ve Şekil 2'de gösterilen devrenin parçasını analiz edersek, çalışma prensibi netleşir. 3.91. Analizden anlaşılacağı

U 2 = U 1 [ (R||9R) / (8.1R + R||9R) ]

R||9R = (R 9R) / (R + 9R) = 0.9R

Bu nedenle, U 2 \u003d 0.1 U 1. Bunu akılda tutarak, alırız

u out \u003d - (U 0 R oc / 16R) 10 -3 (10 3 Z 3 + 10 2 Z 2 + 10 Z 1 + Z 0)

En yaygın olanları 572, 594, 1108, 1118 vb. mikro devrelerin DAC'leridir. 3.2 verilir...

Bazı DAC'lerin parametreleri

D/A Dönüştürücü(DAC), giriş dijital sinyalini (kodunu) analog sinyale dönüştüren bir cihazdır.

DAC, örneğin, dijital sinyalin hesaplanan değeriyle orantılı valf hareketlerini gerçekleştirmek için, bir bilgisayar tarafından yayınlanan dijital bilgiler yardımıyla analog cihazları kontrol etmenin gerekli olduğu durumlarda yaygın olarak kullanılır. DAC'ler, bilgisayarı (CU) analog cihazlarla eşleştirmek için, ADC'nin ve dijital ölçüm cihazlarının dahili bileşenleri olarak kullanılır. Analogdan dijitale dönüştürücülerin bir parçası olarak, DAC, dönüştürülen sinyalin karşılaştırıldığı bir analog sinyal (akım veya voltaj) oluşturmak için kullanılır.

DAC'nin ana özelliği, bit sayısıyla belirlenen çözünürlüktür. n. Teorik olarak, bir DAC dönüştürücü n-bit ikili kodlar, 2 sağlamalıdır nçözünürlük ile çıkış sinyalinin farklı değerleri (2 n– 1)-1. Minimum çıkış voltajı kuantumunun mutlak değeri, alınan maksimum sayı 2 olarak tanımlanır. n- 1 ve DAC'nin maksimum çıkış voltajı, ölçek voltajı olarak adlandırılır sen okul Böylece, 12 bit ile DAC'nin çıkış voltajının bağımsız kuanta (adım) sayısı %212 - 1 = %0.0245'tir. Referans kaynağı kullanılarak seçilen ölçek voltajı sen shk = 10V bölü bu kuantum sayısı, DAC'nin mutlak çözünürlüğünü verir

D x = sen sk/(2 n- 1) = 103 mV / (212 - 1) = 2,45 mV.

Dönüşüm özelliği(HP) DAC– çıkış analog değerinin değer kümesi xi giriş koduna bağlı olarak b i.

DAC'nin dönüşüm karakteristiği (veya transfer karakteristiği) şekil 2'de gösterilmiştir. 3.15.

Pirinç. 3.15. DAC'nin transfer karakteristiği; A– doğrusallık; B– doğrusal olmama; C– monoton olmama; D- çıkış sinyali; E- çıkış sinyali seviyelerinin ideal değerlerini birleştiren düz bir çizgi; dpsh - tam ölçek hatası

Çözünürlüğün gerçek değeri ile teorik değer arasındaki fark, düğümlerin hatalarından ve DAC'nin gürültüsünden kaynaklanmaktadır. DAC'nin doğruluğu, cihazın mutlak hatası, doğrusal olmama ve diferansiyel doğrusal olmama değerleri ile belirlenir.

Mutlak hata dshk, çıkış voltajının (akım) değerinin, dönüşüm karakteristiğinin bitiş noktasına karşılık gelen hesaplanan nominal değerden sapmasını temsil eder (bkz. Şekil 3.15). Mutlak hata genellikle en az anlamlı basamaklı (LSD) birimlerle ölçülür.

Doğrusal olmayanlık dl, tüm dönüşüm aralığı boyunca çıkış sinyalinin minimum artışlarının kimliğini karakterize eder ve çıkış sinyalinin sıfırdan çizilen düz bir mutlak doğruluk çizgisinden en büyük sapması ve çıkış sinyalinin maksimum değerinin noktası olarak tanımlanır. . Doğrusal olmama değeri ±0.5 LSM birimini geçmemelidir.

Diferansiyel doğrusal olmayanlık dl.diff, komşu sinyal artışlarının kimliğini karakterize eder. Çıkış sinyalindeki iki komşu kuantanın doğrusal olmama hatası arasındaki minimum fark olarak tanımlanır. Diferansiyel doğrusal olmama değeri, doğrusal olmama hatası değerinin iki katını geçmemelidir. dl.diff değeri bir LSM'den büyükse, dönüştürücü monoton değildir, yani. çıkışında, giriş kodundaki tekdüze bir artışla çıkış sinyali düzgün bir şekilde artamaz.

Bazı kuantalarda monoton olmama, artan giriş kodu ile çıkış sinyalinde bir azalma sağlar.

Referans voltaj kaynağının kararsızlığı, anahtarların hatası, dirençli matrisler ve çıkış işlemsel yükselteçler tarafından belirlenen enstrümantal hataya enstrümantal hata denir. Eleman hatalarının ortaya çıkmasına neden olan ana faktörler şunlardır: parametrelerin teknolojik olarak yayılması; çevresel değişikliklerin etkisi (esas olarak sıcaklık); zamanla parametrelerde değişiklik (yaşlanma); dış ve iç gürültüye ve parazite maruz kalma.

Tüm araçsal hatalar kendilerini esas olarak aşağıdaki şekillerde gösterir:

a) DAC transfer karakteristiğinin ortalama düz hattan paralel kaymasını karakterize eden sıfır ofset (op-amp'in sıfır ofset voltajı ve sıfır olmayan giriş akımının yanı sıra anahtarların artık parametrelerinin neden olduğu);

b) gerçek transfer karakteristiğinin dikliğinin ortalama düz çizgiden sapmalarını karakterize eden iletim katsayısındaki değişiklikler;

c) dönüştürücünün transfer karakteristiğinin ideal düz hattan sapmaları (dönüşümün böyle bir doğrusal olmaması, giriş kodunun bir fonksiyonu olarak çıkış sinyalinin artışlarının özdeş olmaması olarak kendini gösterir).

DAC'nin dinamik özellikleri arasında zamanlama ve maksimum dönüştürme frekansı bulunur.

Zaman parametreleri dönüştürücülerin hızını belirler. Üç zaman parametresi ayırt edilir: niceleme adımı (dönem) D T, dönüştürme süresi (çıkış sinyali yerleşme süresi) Törneğin, dönüşüm döngüsü süresi T C.

Niceleme adımı (dönem) D T iki ardışık dönüşüm arasındaki zaman aralığıdır. Kuantizasyon periyodunun tersi 1/D değeri T = F sq. niceleme frekansı olarak adlandırılır.

DAC çıkışı yerleşme süresi T pr - DAC girişlerinde kodun değiştiği andan çıkış analog değerinin değerinin belirlenen değerden belirli bir değerle farklı olduğu ana kadar geçen süre (Şekil 3.16).

Pirinç. 3.16. zamanın tanımı T pr dönüşüm dac

Dönüşüm Döngüsü Süresi T ts, giriş kodunun uygulandığı an ile çıkış analog sinyalinin verildiği an arasındaki süredir ( T c = T vb). Esas olarak, mevcut dönüştürücülere sahip bilgi ve bilgi işlem cihazlarının ve sistemlerinin çalışmasını tanımlayan siklogramlar ve zamanlama diyagramları ile belirlenir.

Maksimum dönüştürme frekansı - DAC parametrelerinin belirtilen değerlere karşılık geldiği en yüksek örnekleme hızı.

DAC'nin çalışmasına genellikle, DAC'deki analog anahtarların açılma ve kapanma sürelerindeki farktan kaynaklanan, çıkış sinyalinde yüksek genlikli keskin tepe noktaları olan belirli geçici darbeler eşlik eder. Emisyonlar, özellikle kodun en önemli basamağında sıfır ve en az anlamlı basamakta olanlar yerine, bir birim MZR'de en önemli basamağı (SZR) ve "tümü sıfırlar" kodunu girdiğinde ortaya çıkar. Örneğin, 011 ... 111 giriş kodu 10 ... 000 koduyla değiştirilirse ve eski DAC'nin anahtarı, gençlerin anahtarları kapandığından daha sonra açılırsa, çıkış sinyalinde yalnızca bir artış kuantuma 0,5 genlikli bir darbe eşlik edebilir sen okul Bu tepe noktasının süresi, tuşların durumunun değiştirilmesindeki gecikmeye karşılık gelecektir.

Şu anda, parametrelerin değerlerine bağlı olarak, hassas ve hızlı etkili DAC'ler ayırt edilmektedir. Hassas DAC'ler dl = %0,1'e ve yüksek hıza sahiptir T ağız = 100ns.