ΠΡΟΣ ΤΗΝ μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό ( Ντακιάν , Δ / Α , Δ2Α , ή D-to-A ) είναι ένα κύκλωμα σχεδιασμένο να μετατρέπει ένα ψηφιακό σήμα εισόδου σε αναλογικό σήμα εξόδου. Ο μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) λειτουργεί με τον αντίθετο τρόπο και μετατρέπει ένα αναλογικό σήμα εισόδου σε ψηφιακή έξοδο.

Σε αυτό το άρθρο συζητάμε διεξοδικά πώς λειτουργούν τα ψηφιακά σε αναλογικά και τα κυκλώματα αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα, χρησιμοποιώντας διαγράμματα και τύπους.

Στα ηλεκτρονικά ενδέχεται να βρούμε τάσεις και ρεύματα να διαφέρουν συνεχώς με διαφορετικά εύρη και μεγέθη.

Στα ψηφιακά κυκλώματα το σήμα τάσης έχει δύο μορφές, είτε ως λογικά υψηλά είτε λογικά χαμηλά επίπεδα λογικής, τα οποία αντιπροσωπεύουν δυαδικές τιμές 1 ή 0.

Σε ένα αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα (ADC), το αναλογικό σήμα εισόδου αντιπροσωπεύεται ως ψηφιακό μέγεθος, ενώ ένας ψηφιακός-αναλογικός μετατροπέας (DAC) μετατρέπει το ψηφιακό μέγεθος πίσω σε αναλογικό σήμα.

Πώς λειτουργούν οι μετατροπείς ψηφιακού σε αναλογικό

Η διαδικασία μετατροπής ψηφιακού σε αναλογικό μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω πολλών διαφορετικών τεχνικών.

Μία γνωστή μέθοδος χρησιμοποιεί ένα δίκτυο αντιστάσεων, γνωστό ως δίκτυο κλίμακας.

Ένα δίκτυο κλίμακας έχει σχεδιαστεί για να δέχεται εισόδους που περιλαμβάνουν δυαδικές τιμές συνήθως σε 0 V ή Vref και παρέχει τάση εξόδου ισοδύναμη με το μέγεθος της δυαδικής εισόδου.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα δίκτυο κλίμακας χρησιμοποιώντας 4 τάσεις εισόδου, που αντιπροσωπεύουν 4 bit ψηφιακών δεδομένων και έξοδο τάσης dc.

Η τάση εξόδου είναι ανάλογη με την ψηφιακή τιμή εισόδου όπως εκφράζεται από την εξίσωση:

Λύνοντας το παραπάνω παράδειγμα λαμβάνουμε την ακόλουθη τάση εξόδου:

Όπως βλέπουμε, μια ψηφιακή είσοδος 0110_δύομετατρέπεται σε αναλογική έξοδο 6 V.

“karnaugh προϊόν χάρτη των αθροισμάτων ”

Ο σκοπός του δικτύου κλίμακας είναι να αλλάξει τα 16 δυνητικά δυαδικά μεγέθη
έως 0000 έως 1111 σε μία από τις 16 ποσότητες τάσης σε διαστήματα του V_αναφ/ 16.

Επομένως, μπορεί να είναι δυνατή η επεξεργασία περισσότερων δυαδικών εισόδων με τη συμπερίληψη περισσότερου αριθμού μονάδων κλίμακας και την επίτευξη υψηλότερης κβαντοποίησης για κάθε βήμα.

Σημασία, ας υποθέσουμε ότι αν χρησιμοποιήσουμε ένα δίκτυο κλιμακοστασίου 10 βημάτων, θα επιτρέψουμε τη χρήση για την αύξηση της ποσότητας βήματος τάσης ή την ανάλυση σε V_αναφ/δύο¹⁰ή V_αναφ/ 1024. Σε αυτήν την περίπτωση, εάν χρησιμοποιήσαμε μια τάση αναφοράς V_αναφ= 10 V θα δημιουργούσε τάση εξόδου σε βήματα των 10 V / 1024 ή περίπου 10 mV.

Έτσι, η προσθήκη περισσότερου αριθμού βαθμίδων κλίμακας θα μας δώσει αναλογικά υψηλότερη ανάλυση.

Συνήθως, για ν αριθμός σκαλοπατιών, αυτό μπορεί να αναπαρασταθεί με τον ακόλουθο τύπο:

Β_αναφ/ δύο^ν

Διάγραμμα μπλοκ DAC

Το παρακάτω σχήμα δείχνει το διάγραμμα μπλοκ ενός τυπικού DAC χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο σκάλας, που αναφέρεται ως R-2R σκάλα. Αυτό μπορεί να φανεί κλειδωμένο μεταξύ των πηγών ρεύματος αναφοράς και των διακοπτών ρεύματος.

Οι τρέχοντες διακόπτες συνδέονται με τους δυαδικούς διακόπτες, παράγοντας ένα ρεύμα εξόδου ανάλογο με τη δυαδική τιμή εισόδου.

Οι δυαδικές είσοδοι εναλλάσσουν τα αντίστοιχα σκέλη της σκάλας, επιτρέποντας ένα ρεύμα εξόδου που είναι ένα σταθμισμένο άθροισμα της τρέχουσας αναφοράς.

Εάν απαιτείται, οι αντιστάσεις μπορούν να συνδεθούν με τις εξόδους για την ερμηνεία του αποτελέσματος ως αναλογική έξοδο.

DAC IC χρησιμοποιώντας δίκτυο σκάλας R-2R.

Πώς λειτουργούν οι μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό

Μέχρι στιγμής συζητήσαμε πώς να μετατρέψουμε ψηφιακά σε αναλογικά σήματα, τώρα ας μάθουμε πώς να κάνουμε το αντίθετο, δηλαδή να μετατρέπουμε ένα αναλογικό σήμα σε ψηφιακό σήμα. Αυτό μπορεί να εφαρμοστεί μέσω μιας γνωστής μεθόδου που ονομάζεται μέθοδος διπλής κλίσης .

Το παρακάτω σχήμα δείχνει το διάγραμμα μπλοκ για τον τυπικό μετατροπέα ADC διπλής κλίσης.

Αναλογική σε ψηφιακή μετατροπή με τη μέθοδο διπλής κλίσης: (α) λογικό διάγραμμα (β) κυματομορφή.

Εδώ, χρησιμοποιείται ένας ηλεκτρονικός διακόπτης για τη μεταφορά του επιθυμητού αναλογικού σήματος εισόδου σε έναν ολοκληρωτή, που ονομάζεται επίσης γεννήτρια ράμπας. Αυτή η γεννήτρια ράμπας μπορεί να έχει τη μορφή πυκνωτή φορτισμένου με σταθερό ρεύμα για την παραγωγή της γραμμικής ράμπας. Αυτό παράγει την απαιτούμενη ψηφιακή μετατροπή μέσω ενός αντίθετου σταδίου που λειτουργεί τόσο για θετικά όσο και για αρνητικά διαστήματα κλίσης του ολοκληρωτή.

Η μέθοδος μπορεί να γίνει κατανοητή με την ακόλουθη περιγραφή:

Το πλήρες εύρος μέτρησης του μετρητή αποφασίζει το σταθερό χρονικό διάστημα. Για αυτό το διάστημα η αναλογική τάση εισόδου που εφαρμόζεται στον ολοκληρωτή προκαλεί την αύξηση της τάσης εισόδου του συγκριτή σε κάποιο θετικό επίπεδο.

Αναφερόμενοι στην ενότητα (b) του παραπάνω διαγράμματος, δείχνει ότι η τάση από τον ολοκληρωτή στο τέλος του σταθερού χρονικού διαστήματος είναι υψηλότερη από την τάση εισόδου που είναι μεγαλύτερη σε μέγεθος.

Όταν τελειώσει το σταθερό χρονικό διάστημα, η μέτρηση ορίζεται σε 0, γεγονός που προτρέπει τον ηλεκτρονικό διακόπτη να συνδέσει τον ενσωματωτή σε ένα σταθερό επίπεδο τάσης εισόδου αναφοράς. Μετά από αυτό, η έξοδος του ολοκληρωτή που είναι επίσης η είσοδος του πυκνωτή αρχίζει να μειώνεται με σταθερό ρυθμό.

Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ο μετρητής συνεχίζει να προχωρά, ενώ η έξοδος του ολοκληρωτή συνεχίζει να μειώνεται με σταθερό ρυθμό, έως ότου πέσει κάτω από την τάση αναφοράς του συγκριτή. Αυτό αναγκάζει την έξοδο του συγκριτή να αλλάξει κατάσταση και ενεργοποιεί το στάδιο λογικής ελέγχου για να σταματήσει η μέτρηση.

“τι είναι το cdi box ”

Το αποθηκευμένο ψηφιακό μέγεθος μέσα στον μετρητή γίνεται η ψηφιακή έξοδος του μετατροπέα.

Η χρήση ενός κοινού σταδίου ρολογιού και ολοκληρωτή τόσο στα θετικά όσο και στα αρνητικά διαστήματα κλίσης προσθέτει κάποιο είδος αντιστάθμισης για τον έλεγχο της μετατόπισης της συχνότητας του ρολογιού και του ορίου ακρίβειας του ολοκληρωτή.

Μπορεί να είναι δυνατή η κλιμάκωση της εξόδου μετρητή σύμφωνα με τις προτιμήσεις του χρήστη ρυθμίζοντας κατάλληλα την τιμή εισαγωγής αναφοράς και το ρυθμό ρολογιού. Μπορούμε να έχουμε τον μετρητή ως δυαδικό, BCD ή σε άλλη ψηφιακή μορφή, εάν απαιτείται.

Χρήση του Ladder Network

Η μέθοδος του δικτύου κλίμακας που χρησιμοποιεί στάδια μετρητή και σύγκρισης είναι ένας άλλος ιδανικός τρόπος για την εφαρμογή μετατροπής αναλογικού σε ψηφιακό. Σε αυτήν τη μέθοδο, ένας μετρητής αρχίζει να μετρά από το μηδέν, το οποίο οδηγεί ένα δίκτυο σκάλας, δημιουργώντας μια βαθμιαία αυξανόμενη τάση, που μοιάζει με μια σκάλα (βλ. Εικόνα παρακάτω).

Διαδικασία μετατροπής αναλογικού σε ψηφιακό χρησιμοποιώντας κλίμακα δικτύου: (α) λογικό διάγραμμα (β) διάγραμμα κυματομορφής.

Η διαδικασία επιτρέπει την αύξηση της τάσης με κάθε βήμα μέτρησης.

Ένας συγκριτής παρακολουθεί αυτήν την αυξανόμενη τάση σκάλας και τη συγκρίνει με την αναλογική τάση εισόδου. Μόλις ο συγκριτής αντιληφθεί την τάση της σκάλας να υπερβαίνει την αναλογική είσοδο, η έξοδος της ζητά να σταματήσει η μέτρηση.

Η τιμή μετρητή σε αυτό το σημείο γίνεται το ψηφιακό ισοδύναμο του αναλογικού σήματος.

Το επίπεδο μεταβολής της τάσης που παράγεται από τα βήματα του σήματος σκάλας καθορίζεται από το ποσό των bit μέτρησης που χρησιμοποιήθηκαν.

Για παράδειγμα, ένας μετρητής 12 σταδίων που χρησιμοποιεί αναφορά 10 V θα λειτουργήσει ένα δίκτυο κλίμακας 10 σταδίων με τάσεις βήματος:

Β_αναφ/δύο¹²= 10 V / 4096 = 2,4 mV

Αυτό θα δημιουργήσει ανάλυση μετατροπής 2,4 mV. Ο χρόνος που απαιτείται για την εκτέλεση της μετατροπής καθορίζεται από το ρυθμό ρολογιού του μετρητή.

Εάν ο ρυθμός ρολογιού 1 MHz χρησιμοποιείται για τη λειτουργία μετρητή 12 σταδίων, ο μέγιστος χρόνος που απαιτείται για τη μετατροπή θα είναι:

4096 x 1 μs = 4096 μs ≈ 4,1 ms

Ο ελάχιστος αριθμός μετατροπών που μπορεί να είναι δυνατός ανά δευτερόλεπτο μπορεί να βρεθεί ως:

όχι. μετατροπών = 1 / 4,1 ms ≈ 244 μετατροπές / δευτερόλεπτο

Παράγοντες που επηρεάζουν τη διαδικασία μετατροπής

Λαμβάνοντας υπόψη ότι ορισμένες μετατροπές ενδέχεται να απαιτούν υψηλότερη τιμή και ορισμένες ενδέχεται να απαιτούν χαμηλότερο χρόνο μέτρησης, συνήθως ένας χρόνος μετατροπής = 4,1ms / 2 = 2,05 ms μπορεί να είναι καλή τιμή