8-900-374-94-44
[email protected]
Slide Image
Меню

Цап структурная схема: Что такое ЦАП? Устройство, схемы, назначение, параметры

Что такое ЦАП? Устройство, схемы, назначение, параметры

Пример HTML-страницы

Содержание

  1. Что такое ЦАП?
  2. Схема ЦАП с суммированием весовых токов
  3. ЦАП на резистивной матрицы R — 2R
  4. ЦАП для преобразования двоично-десятичных чисел
  5. Параметры ЦАП

Что такое ЦАП?

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) — предназначены для преобразования цифровых сигналов в аналоговые. Такое преобразование необходимо, например, при восстановлении аналогового сигнала, предварительно преобразованного в цифровой для передачи на большое расстояние или хранения (таким сигналом, в частности, может быть звук). Другой пример использования такого преобразования — получение управляющего сигнала при цифровом управлении устройствами, режим работы которых определяется непосредственно аналоговым сигналом (что, в частности, имеет место при управлении двигателями).

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

К основным параметрам ЦАП относят разрешающую способность, время установления, погрешность нелинейности и др.

Разрешающая способность — величина, обратная максимальному числу шагов квантования выходного аналогового сигнала. Время установления tуст — интервал времени от подачи кода на вход до момента, когда выход­ной сигнал войдет в заданные пределы, определяемые погрешностью.

Погрешность нелинейности — максимальное отклонение графика зависимости выходного напряжения от напряжения, задаваемого цифровым сигналом, по отношению к идеальной прямой во всем диапазоне преобразования.

Как и рассматриваемые аналого-цифровые преобразователи (АЦП), ЦАП являются «связующим звеном» между аналоговой и цифровой электроникой. Существуют различные принципы построения АЦП.

Схема ЦАП с суммированием весовых токов

На рис. 3.88 приведена схема ЦАП с суммированием весовых токов.

Ключ S5 замкнут только тогда, когда разомкнуты все ключи S1…S4 (при этом uвых= 0). U0

— опорное напряжение. Каждый резистор во входной цепи соответствует определенному разряду двоичного числа.

По существу этот ЦАП — инвертирующий усилитель на основе операционного усилителя. Анализ такой схемы не представляет затруднений. Так, если замкнут один ключ

S1, то uвых= −U0Roc/ R

что соответствует в первом и нулям в остальных разрядах.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Из анализа схемы следует, что модуль выходного напряжения пропорционален числу, двоичный код которого определяется состоянием ключей S1…S4. Токи ключей S1…S4 суммируются в точке «а», причем токи различных ключей различны (имеют разный «вес»). Это и определяет название схемы.

Из вышеизложенного следует, что uвых= − ( U0Roc / R ) · S1 − ( U0Roc / (R/2) ) · S2 – − ( U0Roc / (R/4) ) · S3 − ( U0Roc / (R/8) ) · S4 = = − ( U0Roc / R ) · ( 8S4 + 4S3 + 2S2 + S1)

где Si ,i = 1, 2, 3, 4 принимает значение 1, если соответствующий ключ замкнут, и 0, если ключ разомкнут.

Состояние ключей определяется входным преобразуемым кодом. Схема проста, но имеет недостатки: значительные изменения напряжения на ключах и использование резисторов с сильно отличающимися сопротивлениями. Требуемую точность этих сопротивлений обеспечить затруднительно.

ЦАП на резистивной матрицы R — 2R

Рассмотрим ЦАП на основе резистивной матрицы R — 2R(матрицы постоянного сопротивления) (рис. 3.89).

В схеме использованы так называемые перекидные ключи S1…S4, каждый из которых в одном из состояний подключен к общей точке, поэтому напряжения на ключах невелики. Ключ S5 замкнут только тогда, когда все ключи S1…S4 подключены к общей точке. Во входной цепи использованы резисторы всего с двумя различными значениями сопротивлений.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Из анализа схемы можно увидеть, что и для нее модуль выходного напряжения пропорционален числу, двоичный код которого определяется состоянием ключей S1. ..S4. Анализ легко выполнить, учитывая следующее.

Пусть каждый из ключей S1…S4 подключен к общей точке. Тогда, как легко заметить, напряжение относительно общей точки в каждой следующей из точек «a»…«d» в 2 раза больше, чем в предыдущей. К примеру, напряжение в точке «b» в 2 раза больше, чем в точке «а» (напряжения Uа, Ub, Uc и Ud в указанных точках определяются следующим образом:

Ua = U0

Uc = U0 / 2

Ub = U0 / 4

Ud = U0 / 8

Допустим, что состояние указанных ключей изменилось. Тогда напряжения в точках «a»…«d» не изменятся, так как напряжение между входами операционного усилителя практически нулевое.

Из вышеизложенного следует, что:

uвых= − ( U0Roc / 2R ) · S4 − ( (U0/2) Roc / 2R ) · S3 –  ( (U0/4) Roc / 2R ) · S2 − ( (U0/8) Roc / 2R ) · S1 =  − ( U0Roc/ 16R) · ( 8S4+ 4S3+ 2S2 + S1)

где Si , i = 1, 2, 3, 4 принимает значение 1, если соответствующий ключ замкнут, и 0, если ключ разомкнут.

ЦАП для преобразования двоично-десятичных чисел

Рассмотрим ЦАП для преобразования двоично-десятичных чисел (рис. 3.90).


Для представления каждого разряда десятичного числа используется отдельная матрица R − 2R (обозначены прямоугольниками). Z0…Z3 обозначают числа, определенные состоянием ключей каждой матрицы R − 2R.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Принцип действия становится понятным, если учесть, что сопротивление каждой матрицы R, и если выполнить анализ фрагмента схемы, представленного на рис. 3.91.

Из анализа следует, что

U2 = U1 · [ ( R||9R) / (8,1R + R||9R) ]

R||9R = (R · 9R) / (R + 9R) = 0,9R

Следовательно, U2 = 0,1 U1. С учетом этого получим?

uвых= − ( U0Roc / 16R ) · 10−3 ( 103 · Z3 + 102 · Z2 + 10 · Z1 + Z0)

Наиболее распространенными являются ЦАП серий микросхем 572, 594, 1108, 1118 и др. В табл. 3.2 приведены…

Параметры ЦАП

Цифро-аналоговый преобразователь: структурная схема и принцип действия

Похожие презентации:

3D печать и 3D принтер

Видеокарта. Виды видеокарт

Анализ компании Apple

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Устройство стиральной машины LG. Электрика

Конструкции распределительных устройств. (Лекция 15)

Электробезопасность. Правила технической эксплуатации электроустановок

Магнитные пускатели и контакторы

Работа на радиостанциях КВ и УКВ диапазонов. Антенны военных радиостанций. (Тема 5.1)

1. Цифро-аналоговый преобразователь: структурная схема и принцип действия Аналого-цифровые преобразователи: структурные схемы и

принцип действия
АЦП и ЦАП
• Цифро-аналоговый и аналогово-цифровой
преобразователи.
• Общепринятая аббревиатура ЦАП и АЦП. В
англоязычной литературе применяются
термины DAC и ADC.
• Цифро-аналоговые преобразователи служат
для преобразования информации из цифровой
формы в аналоговый сигнал. ЦАП широко
применяется в различных устройствах
автоматики для связи цифровых ЭВМ с
аналоговыми элементами и системами.
• ЦАП в основном строятся по двум
принципам:
взвешивающие — с суммированием
взвешенных токов или напряжений, когда
каждый разряд входного слова вносит
соответствующий своему двоичному весу
вклад в общую величину получаемого
аналогового сигнала; такие ЦАП называют
также параллельными или многоразрядными
(multibit).
• Sigma-Delta, по принципу действия обратные
АЦП
• Принцип работы взвешивающего ЦАП
состоит в суммировании аналоговых
сигналов, пропорциональных весам разрядов
входного цифрового кода, с коэффициентами,
равными нулю или единице в зависимости от
значения соответствующего разряда кода.
• ЦАП преобразует цифровой двоичный код
Q4Q3Q2Q1 в аналоговую величину, обычно
напряжение Uвых.. Каждый разряд двоичного
кода имеет определенный вес i-го разряда
вдвое больше, чем вес (i-1)-го.
Работу ЦАП
можно описать следующей формулой:
• Uвых=e*(Q1 1+Q2*2+Q3*4+Q4*8+…),
• где e — напряжение, соответствующее весу
младшего разряда, Qi — значение i -го разряда
двоичного кода (0 или 1).
• Например, числу 1001 соответствует
• Uвых=е*(1*1+0*2+0*4+1*8)=9*e.
• Высокоскоростные ЦАП используются во многих
приложениях: испытательном и
телекоммуникационном оборудовании,
медицинской электронике, промышленной
автоматике и других. В каждом из приложений
предусматриваются своя специфика
формирования сигнала и требования к его
параметрам. Для примера, если требуется связь
по постоянному току, с шириной полосы до 100
МГц и асимметричный выход. То в этом случае
высокоскоростной ОУ(операционный усилитель)
– самое подходящее решение для преобразования
комплементарного токового выхода
высокоскоростного ЦАП в выходной сигнал
напряжения.
• Упрощенная структурная схема ЦАП с
переключателями тока
• Принцип работы АЦП состоит в измерении уровня
входного сигнала и выдаче результата в цифровой
форме. В результате работы АЦП непрерывный
аналоговый сигнал превращается в импульсный, с
одновременным измерением амплитуды каждого
импульса.
• Внутренний ЦАП преобразует цифровое значение
амплитуды в импульсы напряжения или тока нужной
величины, которые расположенный за ним интегратор
(аналоговый фильтр) превращает в непрерывный
аналоговый сигнал.
• Для правильной работы АЦП входной сигнал не
должен изменяться в течение времени преобразования,
для чего на его входе обычно помещается схема
выборки-хранения, фиксирующая мгновенный уровень
сигнала и сохраняющая его в течение всего времени
преобразования. На выходе АЦП также может
устанавливаться подобная схема, подавляющая
влияние переходных процессов внутри АЦП на
параметры выходного сигнала
• В основном применяется три типа АЦП:
параллельные — входной сигнал одновременно
сравнивается с эталонными уровнями набором схем
сравнения (компараторов), которые формируют на
выходе двоичное значение.
последовательного приближения– в котором при
помощи вспомогательного ЦАП генерируется
эталонный сигнал, сравниваемый с входным.
Эталонный сигнал последовательно изменяется по
принципу половинного деления. Это позволяет
завершить преобразование за количество тактов,
равное разрядности преобразователя, независимо от
величины входного сигнала.
с измерением временных интервалов- используются
различные принципы преобразования уровней в
пропорциональные временные интервалы,
длительность которых измеряется при помощи
тактового генератора высокой частоты. Иногда
называются также считающими АЦП.
• Краткое описание принципа работы
параллельных АЦП.
• Преобразователи этого типа осуществляют
одновременно квантование сигнала с
помощью набора компараторов, включенных
параллельно источнику сигнала. Пороговые
уровни компараторов установлены с помощью
резистивного делителя в соответствии с
используемой шкалой квантования. В таком
АЦП количество компараторов равно 2N—1,
где N — разрядность цифрового кода (для
восьмиразрядного — 255).
• При подаче на такой набор компараторов
исходного сигнала на выходах последних будет
иметь место проквантованный сигнал,
представленный в унитарном коде. Для
преобразования этого кода в двоичной
используются логические схемы, называемые
обычно кодирующей логикой.
• Такая чрезвычайно простая структура
параллельных АЦП делает их самыми быстрыми
из известных преобразователей и позволяет
достигать частот преобразования 100…200 МГц.
Однако их объем приблизительно удваивается с
каждым новым разрядом, что в общем
ограничивает их число. Обычно оно не
превышает 6… 8. В этом типе кодирующей
логики используется непосредственный переход
от унитарного кода, имеющего место на выходе
компараторов, к двоичному.
• Структурная схема 3-разрядного
параллельного АЦП
• Пример: Максимальное входное напряжение
10В должно соответствовать коду «5» на
выходе АЦП. Тогда требуемое значение
опорного напряжения может быть найдено из
соотношения:
, откуда
• Краткое описание принципа работы
последовательных АЦП.
• Преобразователь этого типа является наиболее
распространенным вариантом
последовательных АЦП с двоичновзвешенными приближениями (см. рис.). В
основе работы этого класса преобразователей
лежит принцип последовательного сравнения
измеряемой величины с 1/2, 1/4, 1/8 и т.д. от
возможного максимального значения ее.
• Это позволяет для m-разрядного АЦП
выполнить весь процесс преобразования за m
последовательных шагов приближения
(итераций) и позволяет получить с помощью
таких АЦП в зависимости от числа
используемых разрядов до 105106преобразований в секунду. В то же время
статическая погрешность этого типа
преобразователей, определяемая в основном
используемым в нем ЦАП, может быть очень
малой, что позволяет реализовать
разрешающую способность до 16 двоичных
разрядов.
Структурная схема АЦП последовательных приближений: 1 — ЦАП;
2 — источник опорного напряжения; 3 — генератор тактовых
импульсов; 4 — программное устройство управления и счетчик.
• Этот преобразователь состоит из компаратора,
счетчика и ЦАП. На один вход компаратора
поступает входной сигнал, а на другой —
сигнал обратной связи с ЦАП. Работа
преобразователя начинается с прихода
импульса запуска, который включает
накопительный счетчик.
• Выходной код последнего подается на ЦАП,
осуществляющий его преобразование в
напряжение обратной связи.
• Процесс преобразования продолжается до тех
пор, пока напряжение обратной связи
сравняется с входными напряжениями и
сработает компаратор, который своим
выходным сигналом прекратит поступление
счетных импульсов на счетчик и осуществит
считывание с него выходного кода,
представляющего цифровой эквивалент
входного напряжения в момент окончания
преобразования

English     Русский Правила

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Сигналы в основном подразделяются на два типа, т. е. аналоговые и цифровые сигналы. Данные или информация, которые мы воспринимаем в реальном мире, существуют в аналоговой форме, в то время как цифровые устройства, такие как мобильный телефон, калькулятор и компьютер, могут воспринимать сигнал данных только в цифровом виде. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — это два типа преобразователей, которые мы используем в повседневной жизни для преобразования сигналов друг в друга.

Содержание

Что такое ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь)?

Цифро-аналоговый преобразователь — это электронная схема, которая преобразует любой цифровой сигнал (например, двоичный сигнал) в аналоговый сигнал (напряжение или ток).

Цифровой сигнал, такой как двоичный сигнал, существует в форме битов и представляет собой комбинацию 1 и 0 (или высокого и низкого уровней напряжения). ЦАП преобразует эти биты в аналоговое напряжение или ток.

ЦАП имеет несколько цифровых входов и один аналоговый выход.

  • Запись по теме: Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — блок-схема, факторы и приложения

Необходимость ЦАП

В реальном мире информация существует в аналоговой форме. Почему мы в первую очередь конвертируем их в цифровую форму, если мы хотим преобразовать их обратно? Скорость обработки цифрового компьютера очень высока, и он может вычислять или обрабатывать любые данные за микросекунды. Это экономит время и помогает обрабатывать сложные данные в соответствии с нашими потребностями. Но мы не можем понять цифровые данные в реальном мире.

Чтобы понять данные, которые мы обрабатываем в цифровой области, нам необходимо преобразовать их в аналоговую область. Примером этого может быть процесс редактирования аудио и видео. Мы собираем данные с помощью нашей цифровой камеры и микрофона для преобразования аналоговых данных в цифровые. Мы обрабатываем его, используя наши компьютеры, чтобы редактировать его в соответствии с потребностями. Чтобы просмотреть нашу отредактированную работу, мы используем ЦАП, чтобы преобразовать ее обратно в аналоговый домен, чтобы просматривать и слушать ее через наш экран и динамики.

Related Posts:

  • Двоичный умножитель — типы и калькулятор двоичного умножения
  • Двоичный сумматор и вычитатель – конструкция, типы и применение

Работа ЦАП

Цифровые двоичные данные существуют в виде битов. Каждый бит равен 1 или 0, и они представляют его вес, соответствующий его положению. Вес равен 2 n , где n — это положение биты с правой стороны и начинается с 0,9.0007

Вес бита = 2 n

Вес бита 4 th бит слева = 2 n = 2 3 = 8

Значение бита умножается на вес бита. Поскольку бит может быть либо 0, либо 1, это означает;

Значение бита 1 x вес бита = 1 x 2 n = 2 n

Значение бита 0 x вес бита = 0 x 2 (n-1) = 0

все биты со своим значением в двоичном числе 10011;

1 0011 2 = (1 х 2 4 ) + (0 х 2 3 ) + (0 х 2 2 ) + (1 х 2 1 ) + (1 х 3 2 9 )

10011 2 = 16 + 0 + 0 + 2 + 1

10011 2 = 19

Так работает цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, добавляя веса всех соответствующих битов к генерировать аналоговое значение на своем выходе.

Похожие сообщения:

  • MUX – цифровой мультиплексор | Типы, конструкция и применение
  • DEMUX – демультиплексор | Типы, конструкция и применение

Типы ЦАП

ЦАП может быть разработан с использованием одного из следующих типов схем.

Метод взвешенного резистора

Метод взвешенного резистора использует схему суммирующего операционного усилителя. Суммирующий усилитель суммирует входные сигналы с разными коэффициентами усиления, соответствующими их резисторам.

В вых = – {(R f /R 0 ) V 0 + (R f /R 1 ) V 1 + (R f /R 2 8 60 8 + … + (Р f /R n-1 ) V n-1 }

Его можно использовать в качестве ЦАП, если мы назначим каждому резистору a определенное значение для масштабирования их коэффициента усиления в виде 2, 4, 8, 16 и так далее. Как мы знаем, V ref (опорное напряжение или максимальное аналоговое выходное напряжение) является единственным входным сигналом (помимо двоичного входа), поэтому;

В из = – {(R f /R 0 ) V исх. 85 ф 2 ) V исх. +… + (R f /R n-1 ) V исх. }

V исх. 6 /Р 0 ) + (R f /R 1 ) + (R f /R 2 ) +… + (R f /R n-1 ) }

В этой схеме двоичный вход 1 или 0 используется для переключения между v ref и GND. Вход B = 1 означает, что переключатель подключен к V ref , а B = 0 означает, что переключатель подключен к GND. В таком случае уравнение для двоичного числа B 0 , B 1 , B 2 … B n  ; где B 0 — младший бит, а B n — старший бит, становится

V из = — V ref { B 0 (R f /R 0 ) + B 1 (R f /R 1 )+ B 2 (R f /R ) + B 90…85 9-0…8 B 9-0…86 n 0086 (R f /R n-1 ) }

Резистор R f = R. а R 0 , R 1 , R 2

6 , & R 900 масштабируется для обеспечения необходимого усиления, соответствующего весу каждого бита. Резисторы масштабируются со значениями 2 (N-1)-n , так что;

R n = 2 (N-1)-n R где N — количество битов, а n — позиция бита (Р/2 (Н-1) Р) + Б 1 (Р/2 (Н-2) Р) + Б 2 (Р/2 (Н-3) Р) + … + B N-2 (R /2 1 R) +B N-1 (R /2 0 R) }

V out = – V ref { 5 B 0 (1/2 (Н-1) ) + В 1 (1 / 2 (Н-2) ) + В 2 (1/2 (Н-3) ) +… + В Н-2 (1 / 2 (1) ) +B N-1 (1/2 0 ) }

Выходное напряжение для 4-битного двоичного числа будет равно;

V вых = – V ref { B 0 (1/2 3 ) + B 1 (1/2 (2) ) + B 60 (1/2 (2) ) + B 60 (1/2 3 ) (1) ) + B 3 (1/2 0 ) }

В вых = – V ref { B 0 (1/8) + B 1 (1/4) + B 2 (1/2) + B 3 }

Как можно

см. , каждый резистор масштабируется, чтобы добавить битовый вес каждого бита двоичного входа.

Упрощенная формула для такой цепи будет следующей: Н-2) ) + Б 2 (1/2 (Н-3) )) + Б 3 (1/2 (N-4) ) + B 4 (1/2 (N-5) +…}

Где знаменатель 2 (N-1) представляет масштабный коэффициент каждый соответствующий резистор

Похожие сообщения:

  • Транзистор PNP?
  • NPN транзистор? Строительство, работа и применение

Пример:

Преобразуем двоичное число 01101 в аналоговый выход, где v исх. = 10В.

Итак, N = 5

V out = – V ref { B 0 (1/2 (N-1) )) + B 1 (1/2 2) ) + В 2 (1/2 (Н-3) )) + В 3 (1/2 (Н-4) ) + В 4 (1/2 ( N-5) }

V OUT =-V Ref {B 0 (1/2 4 ) + B 1 (1/2 3 ) + B 2 (1/2 3 ) + B 2 (1/2 3 ) + B 2 (1/2 3 ) + B 2 (1/2 3 ) + B 2 ( 1/2 2 ) + В 3 (1/2 1 ) + B 4 (1/2 0 ) }

В из = – (10) { 1 (1/2 5 + ) () /2 4 ) + 1 (1/2 3 ) + 1 (1/2 2 ) + 0 (1/2 1 )}

В вых = – (10) { 1 /2 5 + 0 + 1/2 3 + 1/2 2 + 0}

В из = – (10) { 1/32 + 1/8 + 1/4}

V out = – 4,0625v

Недостатки метода взвешенных резисторов;
  • Увеличение количества входных битов требует резисторов большого номинала (увеличивается экспоненциально)
  • Значения больших резисторов неточны и всегда имеют некоторый % плюс-минус.
  • Ошибка в значении резистора приводит к потере точности ЦАП для больших двоичных чисел.
  • Из-за сложности проектирования резисторов реализовать его нецелесообразно.

Related Post:

  • Типы выпрямителей и их работа
  • Типы диодов и их применение

Эти недостатки можно устранить, используя другой метод, описанный ниже.

Релейная схема R-2R

Этот метод более точен, точен и прост в разработке, чем метод взвешенного резистора. Лестничная цепь R-2R создается путем добавления комбинации резисторов R и 2R в каскадной форме, как показано на следующем рисунке.

Используются только два типа резисторов. Каждый каскад содержит R и 2R, используется для одного бита. Есть переключатель между V ref  и GND, который управляется двоичным входом. Бит 0 означает, что GND подключен, а бит 1 означает, что подключен V ref .

Рабочий ;

Предположим, что 3-битный ЦАП использует релейную диаграмму R-2R.

B 2 B 1 B 0 — это 3 бита двоичного входа. Когда B 0 = 1, B 1 и B 2 = 0. Тогда эквивалентная схема будет:

Замена 1 st этап с его V th & R th ;

V th = V ref /2 & R th = R

Теперь 2 nd stage V th & R 90 ;

 V th = V ref /4 & R th = R

Теперь 3 rd этап Vth & R

5 th V th = V исх / 8 и R = R

Таким образом, выходное напряжение в этом случае будет равно

В out = -V th (R f /R) = -(V ref /8) (R/R ) = -(V ref /8)

Когда B 1 = 1, B 0 и B 2 = 0. Тогда эквивалентная схема будет;

Применяя тот же процесс, выходное напряжение будет

В вых = -(В ref /4)

Когда B 2 = 1, B 0 & B 1 = 0. Тогда эквивалентная схема будет;

Применяя тот же процесс, выходное напряжение будет

В out = -(V ref /2)

Как мы знаем, выход операционного усилителя представляет собой сумму отдельных входов, где каждый бит is

V из = -{ B 0 (V /8) + B 1 (V /4) + B 2 (V № 9)0086 /2)}

V из = – V ref { B 0 (1/8) + B 1 (1/4) + B 2 (1/2)}

2 V

out = – V ref { B 0 (1/2 3 ) + B 1 (1/2 2 ) + B 2 (5/3 1/2 1900)

Мы можем обобщить эту формулу для N-битного двоичного числа следующим образом;

В вых = – В ref {B 0 (1/2 N ) + B 1 (1/2 Н-1 ) + В 2 (1/2 Н-2 ) +…+ В Н-2 (1/2 2 ) + В Н-1 (1/2 1 )}

Похожие сообщения:

  •  Различные типы датчиков с приложениями
  • Типы цифровых логических элементов — таблицы истинности булевой логики и приложения

Пример :

Преобразование двоичного числа 10110 в аналоговый выход, где v ref = 12v

Количество битов N = 5

В вых = – В исх. 0 (1/2 Н ) + В 1 (1/2 Н-1 ) + В 610 5/ 2 90 9054 N-2 ) +…+ B N-2 (1/2 2 ) + B N-1 (1/2 1 )}

V вых = – V ref 6 {В 0 (1/2 5 ) + В 1 (1/2 4 ) + В 2 (1/2 3 ) + В 3 3 (1/2 ) + В 4 (1/2 1 )}

В вых = – (12) {(0)(1/2 5 ) + (1)(1/2 4 ) + (1)(1/2 3 ) + (0)(1/2 2 ) + (1)(1/2 1 )}

В из = – (12) {(1/2 4 ) + (1/2 3 ) + (1/2 1 )}

В вых = – (12) {(1/16) + (1/8) + (1/2)}

В вых = – 8,25 В

Преимущества R-2R Ladder DAC;
  • Использует только два типа резисторов
  • Легко масштабируется до любого количества битов
  • Выходное сопротивление всегда R
Преобразование на основе ШИМ

Это еще один метод, используемый в цифро-аналоговых преобразователях, и микроконтроллеры, такие как Arduino, можно легко запрограммировать на использование функции ШИМ для создания аналогового выхода.

Широтно-импульсная модуляция или ШИМ — это метод изменения средней мощности сигнала путем изменения его рабочего цикла. Его обязанность — это % времени включения сигнала, % времени, в течение которого сигнал остается высоким. Например, сигнал рабочего цикла 40% означает, что он остается высоким в течение 40% времени и остается низким в течение 60%.

Мы можем использовать двоичное число для генерации сигнала такого типа, скважность которого зависит от двоичной цифры. Волна ШИМ фильтруется с помощью фильтра нижних частот для устранения колебаний и обеспечения плавного аналогового напряжения.

Используемый фильтр нижних частот может быть первого порядка. 2 Фильтр нижних частот -го и -го порядка был бы отличным выбором для цифро-аналогового преобразователя на основе ШИМ.

  • Связанный пост: сумма произведения (SOP) и произведение суммы (POS)

Разрешение и размер шага цифро-аналогового преобразователя

Разрешение и размер шага ЦАП играют важную роль в точности аналогового вывода.

Разрешение ЦАП

Разрешение — это количество возможных выходных уровней, которые может воспроизвести ЦАП. Это зависит от количества входных битов.

Разрешение = 2 n

Разрешение n-битного ЦАП равно 2 n . Например, 4-битный ЦАП имеет разрешение 2 4 или 16 выходных уровней.

Размер шага ЦАП

Размер шага ЦАП — это наименьшее изменение аналогового выхода и разница между двумя последовательными уровнями выходного напряжения.

Размер шага можно рассчитать, разделив диапазон (максимальное выходное напряжение) или V ref на 2 n , где n — количество битов.

Размер шага = Диапазон / 2 n

Например, размер шага 4-битного ЦАП с диапазоном 5 В составляет;

Размер шага = 5/2 4 = 5/16 = 0,3125 В

Размер шага этого ЦАП равен 0,3125. Таким образом, при приращении одного бита его аналоговый выход увеличится на 0,3125 по сравнению с

Увеличение разрешения ЦАП уменьшает размер шага и генерирует гладкую аналоговую волну с гораздо большей точностью.

Related Posts:

  • Счетчик и различные типы электронных счетчиков
  • Типы защелок – защелки SR и D

Применение DAC

Цифро-аналоговые преобразователи используются в различных приложениях для преобразования сигнала с цифровой обработкой в ​​аналоговый сигнал. Некоторые из различных приложений ЦАП приведены ниже;

Аудио:

Аудиосигнал является аналоговым по своей природе, но он преобразуется с помощью АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) в цифровой формат для редактирования и хранения на устройствах хранения в различных цифровых форматах, таких как mp3, wav и т. д. Аудио усилитель или звуковая карта в системе содержит ЦАП, который преобразует аудиосигнал, хранящийся в цифровом устройстве, в аналоговый сигнал. Сигнал может быть изменен усилителем путем изменения его усиления (громкости), низких, высоких частот и т. д., а затем преобразован в аналоговый сигнал, поскольку динамик не поддерживает цифровой сигнал.

Видео:

Цифровые видеоплееры используют ЦАП для воспроизведения любого цифрового видео на аналоговом мониторе. Эти видеоплееры преобразуют цифровой сигнал из исходного цифрового файла в аналоговый сигнал.

Цифровой видеоплеер имеет цифровые видеопорты, такие как DVI или HDMI. Но если у него есть аналоговые выходные порты (композитный порт желтого цвета), он содержит ЦАП, задачей которого является преобразование видеофайла в аналоговый сигнал.

Управление двигателем

Одним из наиболее важных компонентов управления двигателем с помощью цифрового устройства, такого как микроконтроллер, является ЦАП.

В различных проектах электроники двигатель встраивается в микроконтроллер. Микроконтроллер генерирует цифровой сигнал для изменения скорости двигателя, который преобразуется в аналоговый сигнал с помощью ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) .

Related Posts:

  • Модуляция – классификация и типы аналоговой модуляции
  • Типы амплитудной модуляции с преимуществами и недостатками
  • Типы методов модуляции, используемые в системах связи
  • Твердотельное реле (ТТР) — Типы твердотельных реле — Конструкция и эксплуатация

URL скопирован

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) представляет собой интегральную схему, которая преобразует цифровой сигнал в аналоговое напряжение/ток, что необходимо для дальнейшей обработки аналогового сигнала. В этом посте подробно рассказывается о том, что такое цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), его типы, принцип работы, области применения, преимущества и недостатки.

Что такое цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) в основном преобразует цифровой код, представляющий цифровое значение, в аналоговый ток или напряжение.

Рис. 1 – Знакомство с цифро-аналоговым преобразователем

В любой системе связи аналоговый сигнал в форме физических переменных преобразуется в цифровое значение с помощью АЦП. Этот цифровой сигнал преобразуется обратно в аналоговый сигнал для дальнейшей обработки, т. е. аналоговый сигнал необходим для управления двигателями, контроллером температуры и т. д.

На рис. 2 показана блок-схема схемы ЦАП, которая показывает n-битные цифровые входы, преобразованные в аналоговый сигнал. Цифровые входы: d 0 , d 1 , d n-2 , d n-1 и V 0086 — выходное аналоговое напряжение.

Первая помощь при поражении электрическим током…

Пожалуйста, включите JavaScript

Первая помощь при поражении электрическим током — причины, источники, степень тяжести

Рис. 2 – Блок-схема цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)

Типы цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП)

Существует четыре основных типа схем цифро-аналоговых преобразователей, а именно:

9002
  • Цепь цифро-аналогового преобразователя с двоичным взвешенным резистором
  • Цепь цифро-аналогового преобразователя с бинарной цепочкой или цепочкой R–2R
  • Сегментный ЦАП
  • ЦАП Delta-Sigma
  • Цепь двоично-взвешенного резистора цифро-аналогового преобразователя

    В этом типе преобразователя для каждого цифрового входного бита, который необходимо преобразовать, требуется один резистор или источник тока. Эти резисторы подключены между входами и точкой суммирования. Выход генерируется через эту схему суммирующего усилителя. На рис. 3 ниже показана типичная схема преобразователя с двоично-взвешенными резисторами, состоящая из операционного усилителя, четырех резисторов, подключенных к входным клеммам операционного усилителя вместе с резистором обратной связи.

    Эти резисторы на входной клемме называются переменными резисторами. Здесь A, B, C, D — цифровые входы, где «D» соответствует старшему разряду, а «А» — младшему разряду. V — выходное аналоговое напряжение. Выход схемы суммирующего усилителя определяется уравнением:

    Выходное напряжение получается путем подстановки различных значений входов в уравнение, как показано в таблице ниже:

    Схема многозвенного цифро-аналогового преобразователя

    Этот тип преобразователя имеет только два номинала резисторов, R и 2R. Скорость преобразования снижается в этом типе ЦАП из-за паразитной емкости. Это самый простой тип ЦАП, в котором переключение между заземлением и инвертирующим входом операционного усилителя управляется входным битом.

    На рис. 4 показан ЦАП бинарной релейной логики или релейной логики R–2R. Чтобы понять его работу, давайте рассмотрим только резисторы в сети, опуская операционный усилитель и предполагая, что вход равен DCBA = 1000. Теперь выход для сокращенной сети определяется как: входные биты, напряжение будет V/4, V/2, V/16…… и т. д. Теперь, добавив операционный усилитель в схему, V 4 становится входом для неинвертирующего усилителя, коэффициент усиления которого равен определяется уравнением:

    Следовательно, выходное напряжение ЦАП R–2R Ladder определяется уравнением: 0015

    Сегментный ЦАП разрабатываются в соответствии со спецификациями, основанными на производительности. В таких случаях никакая архитектура не является идеальной, и поэтому два или более ЦАП объединяются и проектируются. Двоичный взвешенный ЦАП и ЦАП с термометрическим кодированием объединены. Входной двоичный код разделен на 2 сегмента.

    Термометрическое кодирование используется для MSB, а двоично-взвешенная структура применяется для LSB. Это сделано для уменьшения размера чипа. Размер кодера растет экспоненциально с увеличением входных битов, и требуется больше переключателей и межсоединений.

    Рис. 5 – Сегментированный ЦАП

    Дельта-сигма ЦАП

    Это самый быстрый и высокоточный ЦАП. На рис. 6 показан ЦАП Delta-Sigma, который состоит из различных блоков, а именно:

    • Интерполяционный фильтр
    • Дельта-сигма модулятор
    • 1-битный ЦАП
    • Аналоговый выходной фильтр
    Интерполяционный фильтр

    Увеличивает время дискретизации и, таким образом, увеличивает в четыре раза частоту дискретизации и уменьшает частоту дискретизации . Данные из фильтра являются входными данными для блока модулятора.

    Дельта-сигма модулятор

    Дельта-сигма модулятор действует как фильтр верхних частот для шума квантования и фильтр нижних частот для сигнала. Он преобразует данные в высокоскоростной битовый поток.

    1-битный ЦАП

    Цифровые образцы преобразуются обратно в аналоговую форму для дальнейшего усиления. Каждый бит выборки преобразуется последовательно.

    Фильтр аналогового выхода

    Выходной сигнал ЦАП отфильтровывается для получения аналогового сигнала.

    Рис. 6. Цифро-аналоговый преобразователь Delta-Sigma

    Как работает цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

    компьютер, записывающий звук через микрофон. Здесь речь или звуковой сигнал является физической переменной, и этот сигнал должен быть преобразован в цифровой формат. Это делается с помощью АЦП (аналого-цифрового преобразователя). Этот битовый поток обрабатывается методами цифровой обработки сигналов.

    Если записанный звук должен воспроизводиться через динамики, то цифровой сигнал необходимо преобразовать обратно в аналоговый сигнал с помощью цифро-аналогового преобразователя. Рис. 7. Принцип работы ЦАП

  • Они также используются в цифровых источниках питания для микроконтроллеров.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *