ДО дигитално-аналогни претварач ( Дациан , Д / А , Д2А , или Д-до-А ) је склоп дизајниран за претварање дигиталног улазног сигнала у аналогни излазни сигнал. Аналогно-дигитални претварач (АДЦ) ради на супротан начин и трансформише аналогни улазни сигнал у дигитални излаз.
У овом чланку свеобухватно расправљамо о томе како функционишу кругови дигиталног у аналогни и аналогни у дигитални претварач, користећи дијаграме и формуле.
У електроници можемо наћи напоне и струје који непрекидно варирају у различитим опсезима и величинама.
У дигиталним круговима сигнал напона је у два облика, било као логички висок или логички низак ниво логике, који представљају бинарне вредности 1 или 0.
У аналогно-дигиталним претварачима (АДЦ), улазни аналогни сигнал представљен је као дигитална величина, док дигитално-аналогни претварач (ДАЦ) претвара дигиталну величину назад у аналогни сигнал.
Како функционишу дигитално-аналогни претварачи
Процес дигитално-аналогне конверзије може се извести кроз много различитих техника.
Једна добро позната метода користи мрежу отпорника, познату као мрежа мердевина.
Лествичаста мрежа је дизајнирана да прихвати улазе који укључују бинарне вредности обично на 0 В или Вреф и испоручује излазни напон еквивалентан величини бинарног улаза.
На доњој слици приказана је мрежа мердевина која користи 4 улазна напона, која представљају 4 бита дигиталних података и излаз једносмерног напона.
Излазни напон је пропорционалан дигиталној улазној вредности израженој једначином:
Решавајући горњи пример добијамо следећи излазни напон:
Као што видимо, дигитални улаз 0110дваконвертује се у аналогни излаз од 6 В.
Сврха лествичасте мреже је промена 16 потенцијалних бинарних величина
кроз 0000 до 1111 у једну од 16 напонских величина у интервалима од В.реф/ 16.
Због тога може бити могуће обрадити више бинарних улаза укључивањем већег броја мердевинских јединица и постићи већу квантизацију за сваки корак.
Значи, претпоставимо да ако користимо мрежу са 10 степеништих лествица, то ће омогућити употребу за повећање напонске величине корака или резолуције на Вреф/два10или В.реф/ 1024. У овом случају, ако смо користили референтни напон В.реф= 10 В генерише излазни напон у корацима од 10 В / 1024 или око 10 мВ.
Тако ће додавање већег броја степеништа мердевина добити пропорционално већу резолуцију.
Типично, за н број степеница лествице, то се може представити кроз следећу формулу:
В.реф/ дван
ДАЦ блок дијаграм
На доњој слици приказан је блок дијаграм стандардног ДАЦ-а који користи мрежу мердевина, означен као Р-2Р лествица. Ово се може закључати између референтног извора струје и струјних прекидача.
Прекидачи за струју повезани су са бинарним прекидачима, производећи излазну струју пропорционалну улазној бинарној вредности.
Бинарни улази пребацују одговарајуће кракове лествице, омогућавајући излазну струју која је пондерисани збир референтне струје.
Ако је потребно, отпорници се могу спојити са излазима за тумачење резултата као аналогног излаза.
Како функционишу аналогно-дигитални претварачи
До сада смо разговарали о томе како претворити дигитални у аналогни сигнал, а сада научимо како да поступимо супротно, то јест претворимо аналогни сигнал у дигитални сигнал. Ово се може применити путем добро познате методе која се назива метода двоструког нагиба .
Следећа слика приказује блок дијаграм за стандардни АДЦ претварач са двоструким нагибом.
Овде се користи електронски прекидач за пренос жељеног аналогног улазног сигнала на интегратор, такође назван рамп генератор. Овај генератор рампе може бити у облику кондензатора напуњеног константном струјом за генерисање линеарне рампе. Ово даје потребну дигиталну конверзију кроз бројач који ради и за позитивне и за негативне интервале нагиба интегратора.
Метода се може разумети са следећим описом:
Пун опсег мерења бројача одређује фиксни временски интервал. За овај интервал улазни аналогни напон примењен на интегратор доводи до пораста улазног напона компаратора на неки позитиван ниво.
Позивање на одељак (б) горњег дијаграма показује да је напон интегратора на крају фиксног временског интервала већи од улазног напона који је веће величине.
Када се фиксни временски интервал заврши, бројање се постави на 0, што тражи електронски прекидач да повеже интегратор са фиксним референтним нивоом улазног напона. Након тога, излаз интегратора који је уједно и улаз кондензатора почиње да пада константном брзином.
Током овог периода бројач наставља да напредује, док излаз интегратора наставља да опада константном брзином, све док не падне испод референтног напона упоређивача. То доводи до промене стања излаза упоређивача и покреће фазу контролне логике да заустави бројање.
Спремљена дигитална величина унутар бројача постаје дигитални излаз претварача.
Коришћење заједничког степена такта и интегратора током позитивних и негативних интервала нагиба додаје неку врсту компензације за контролу померања фреквенције такта и ограничење тачности интегратора.
Излаз бројача може бити могуће прилагодити према жељи корисника одговарајућим подешавањем референтне улазне вредности и такта. Ако је потребно, бројач можемо имати у бинарном облику, БЦД или у другом дигиталном формату.
Коришћење лествичасте мреже
Метода мрежне лествице која користи етапе бројача и упоређивача је још један идеалан начин за спровођење аналогно-дигиталне конверзије. У овој методи, бројач почиње да броји од нуле, што покреће мрежу мердевина, генеришући степенасти пораст напона, налик степеништу (види слику доле).
Процес омогућава да се напон повећава са сваким кораком бројања.
Упоредник надгледа овај пораст степенишног напона и упоређује га са аналогним улазним напоном. Чим компаратор осјети напон стубишта изнад аналогног улаза, његов излаз тражи заустављање бројања.
Вредност бројача у овом тренутку постаје дигитални еквивалент аналогног сигнала.
Ниво промене напона генерисаног степеништем степенишног сигнала одређује се количином коришћених бројева битова.
На пример, 12-степени бројач који користи референтну струју од 10 В ће управљати мрежом мердевина од 10 степени са напоном корака:
В.реф/два12= 10 В / 4096 = 2,4 мВ
Ово ће створити резолуцију конверзије од 2,4 мВ. Време потребно за извршење конверзије одређено је тактом бројача.
Ако се за рад са 12-фазним бројачем користи такт од 1 МХз, максимално време потребно за конверзију би било:
4096 к 1 μс = 4096 μс ≈ 4,1 мс
Најмањи број конверзија који су могући у секунди може се наћи као:
не. конверзија = 1 / 4,1 мс ≈ 244 конверзије / секунду
Фактори који утичу на процес конверзије
Узимајући у обзир да нека конверзија може захтевати веће, а нека можда ниже време бројања, обично време конверзије = 4,1мс / 2 = 2,05 мс може бити добра вредност.
Ово ће у просеку произвести 2 к 244 = 488 конверзија.
Спорији радни такт значио би мање конверзија у секунди.
Претварач који ради са мањим бројем корака бројања (ниска резолуција) имао би већу стопу конверзије.
Прецизност претварача одређује се тачношћу упоређивача.
Претходно: Како израчунати трансформаторе феритних језгара Даље: Ултразвучни круг индикатора нивоа горива
