По принцип цифрово-аналоговото преобразуване е обратното на аналогово-цифровото преобразуване. В повечето случаи, ако аналогово-цифровият преобразувател (ADC) е поставен зад DAC в комуникационната верига, изходният цифров сигнал е точно същият като входния цифров сигнал. И в повечето случаи, когато DAC е поставен зад ADC, изходният аналогов сигнал е точно същият като входния аналогов сигнал.
Двоичните цифрови импулси могат да показват дълга поредица от 1s и 0s изцяло самостоятелно, което няма очевидно значение за човешките наблюдатели. Но когато ЦАП се използва за декодиране на двоичния цифров сигнал, се разкрива богатото значение на изхода. Този изход може да бъде текст, картини или механични действия.
DAC и ADC са много важни в някои приложения, които обработват цифрови сигнали. Разбираемостта или прецизността на аналоговия сигнал може да се подобри чрез използване на ADC за преобразуване на аналоговия входен сигнал в цифрова форма, след което цифровият сигнал се "почиства" и крайният цифров импулс се преобразува отново в аналогов сигнал с помощта на DAC .
Основен принцип
Цифровото количество се състои от цифри една по една и всяка цифра представлява определена степен. Например, двоично число 1001, теглото на най-високия бит е 23=8, кодът 1 на този бит представлява стойността 1*23=8; теглото на най-ниския бит е 20=1, кодът 1 на този бит представлява стойността 1*20 =1; всичките други цифри са 0, така че двоичното число 1001 е равно на десетичното число 9.
За да се превърне цифрово количество в аналогово количество, всяка цифра трябва да бъде преобразувана в съответстващо аналогово количество според теглото и след това аналоговите количества се събират заедно, така че полученото общо аналогово количество да съответства на дадените данни.
Основният компонент на D/A преобразувателя е мрежа от съпротивителни превключватели. Обикновено битовете на входното двоично число управляват някои превключватели. Пропорционални токове, тези токове се добавят и преобразуват от операционните усилватели, за да станат аналогови напрежения, пропорционални на двоичните числа.
Принципната схема на D/A преобразуване е показана на фигура 5-1. Това е референтно напрежение с достатъчна точност. Всеки клон на входния терминал на решетъчния усилвател съответства на 0-ия и първия от данните, които трябва да бъдат преобразувани. 1 бит,..., n-1-ви бит. Превключвателят в клона се управлява от съответната цифра. Ако цифрата е "1", съответният ключ е затворен; ако цифрата е "0", съответният ключ е отворен. Съпротивленията във всеки входен клон са R, 2R, 4R, ... Тези съпротивления се наричат тегловни съпротивления. Те преобразуват цифрови величини в електрически аналогови величини, тоест преобразуват двоични цифрови величини в електрически аналогови величини, пропорционални на тяхната стойност.
Индикатори за ефективност
Резолюция
Разделителната способност се отнася до броя на двоичните цифри, които D/A преобразувателят може да преобразува. Колкото повече цифри, толкова по-висока е разделителната способност. За D/A преобразувател с разделителна способност от n бита, входният сигнал, който може да бъде разрешен, е 1/2n от пълната скала.
Например: 8-битов D/A преобразувател, ако пълният обхват на напрежението е 5V, минималното напрежение, което може да бъде разрешено, е 5V/28≈20mV, 10-битов D/A преобразувател, ако напрежението е пълно Ако обхватът е 5V, минималното напрежение, което може да се различи е 5V/210≈5mV.
Време за преобразуване
Времето за преобразуване се отнася до времето, необходимо за D/A преобразувателя от цифровия вход до стабилния изход. Времето за преобразуване се нарича още скрито време или време за настройка. Когато изходното аналогово количество е напрежение, времето за установяване е по-дълго, главно времето, необходимо за извеждане на операционния усилвател. Ts, показан на фигура 5-2, е времето за преобразуване.
Точност на преобразуване
Точността на преобразуване се отнася до грешката между действителния изход на D/A преобразувателя и теоретичната стойност. Точността на преобразуване може да бъде разделена на абсолютна точност и относителна точност.
(1) Абсолютната точност се отнася до разликата между действително измерената аналогова изходна стойност (ток или напрежение) на изходния терминал на D/A преобразувателя и теоретичната стойност, съответстваща на дадено цифрово количество. Абсолютната точност се определя от всеобхватните фактори като грешката на усилването, грешката на линейността и шума на D/A преобразуването.
(2) Относителната точност се отнася до разликата между аналоговия изход на различни цифрови входове и теоретичната стойност след калибриране на нулевата точка и пълната стойност на скалата, а грешката на различните входове може да бъде начертана в крива. За линейно D/A преобразуване относителната точност е нелинейност.
Точността обикновено използва най-малката цифра от цифровото количество като мерна единица, която обикновено се приема като ± 1/2 LSB. Например, ако това е 8-битов D/A преобразувател, точността на преобразуване е ±(1/2)*(1/256) = ±1/512.
Линейна грешка
Линейната грешка се използва за описание на степента на промяна в електрическия аналогов изход на изхода за D/A преобразуване според пропорционалната връзка, когато цифровата величина се промени. Максималното отклонение на аналоговия изход от идеалния изход се нарича грешка на линейността.
Температурен коефициент
Температурният коефициент се отнася до промяната на параметри като усилване, линейност, нулева точка и отместване за всяка промяна от 1 ℃ в температурата в определения диапазон. Температурният коефициент пряко влияе върху точността на преобразуване.
Класификация
Има много видове интегрирани D/A преобразуватели и има множество методи за класификация:
1) Според техните методи за преобразуване, те могат да бъдат разделени на паралелни и серийни;
2) Според производствения процес, той може да бъде разделен на биполярен тип (тип TTL) и тип CMOS и т.н., тяхната точност и скорост са различни;
3) Според разделителната способност може да се раздели на 8-битови, 10-битови, 12-битови, 16-битови и т.н.;
4) Според режима на изход, той може да бъде разделен на два типа: тип изход за напрежение и тип изход за ток.
Основна схема
T-тип резисторна мрежа
Фигура 9-3 е схематична диаграма на 4-битов D/A преобразувател с T-тип резисторна мрежа. Мрежата за декодиране на съпротивление на Фигура 9-3 е T-тип съпротивителна мрежа, съставена от две съпротивления, R и 2R, и операционен усилвател представлява последовател на напрежение. На фигура 9-3 ключът за данни и електронните превключватели S3 и S2 са пропуснати. , S1, S0 са под контрола на съответния бит на двоичното число D или свързани към референтното напрежение VR (съответният бит е 1) или заземен (съответният бит е 0). Когато всички електронни превключватели S3, S2, S1 и S0 са заземени, еквивалентното съпротивление, гледано от всеки възел a, b, c, d долу вляво, е равно на R.
Следното използва принципа на суперпозиция и теоремата на Thevenin, за да намери изхода U0 на преобразувателя.
Когато D0 действа самостоятелно, T-тип резисторната мрежа е показана на Фигура 9-4 (a). Долната лява част на точка а е еквивалентна на захранването Thevenin, както е показано на Фигура 9-4 (b); тогава долните леви вериги на точки b, c и d са еквивалентни съответно на захранването на Thevenin, както е показано на Фигура 9 - Фигури (c), (d) и (e) на Фигура 4. Тъй като входното съпротивление на последователното напрежение е много голямо, много по-голямо от R, така че когато D0 действа самостоятелно, потенциалът в точка d е почти напрежението на отворена верига D0VR/16 на захранването на Thevenin и изходът на преобразувателя в този момент е
< /p>
When D1 acts alone, the T-тип резисторна мрежа is shown in Figure 9-5 (a), and the Thevenin of the lower left circuit at point d is equivalent to Figure 9-5 (b) Shown. Similarly, the Thevenin equivalent power supply of the lower left circuit at point d when D2 is acting alone is shown in Figure 9-5 (c); when D3 is acting alone, the Thevenin equivalent power supply of the lower left circuit at point d is shown in Figure 9-5. Figure (d) shows. Therefore, when D1, D2, and D3 are acting separately, the output of the converter is >
Може да се види, че изходното аналогово напрежение е пропорционално на цифровия вход. Обобщен до n-bit, изходът на D/A преобразувателя е
Тъй като T-тип резисторната мрежа използва само R и 2R резистори, нейната точност е лесна за подобряване, също така е лесно да се произвеждат интегрални схеми. Въпреки това, T-тип резисторната мрежа има и следните недостатъци: В работния процес T-тип мрежата е еквивалентна на предавателна линия. Отнема определено време за предаване от началото на съпротивлението до установяването на стабилен ток и напрежение на входа на операционния усилвател. Когато се въведе цифров сигнал Когато броят на цифрите е голям, това ще повлияе на работната скорост на D/A преобразувателя. В допълнение, съпротивителната мрежа, използвана като съпротивление на натоварване на референтното напрежение на преобразувателя VR, ще варира с разликата на двоичното число D и стабилността на референтното напрежение може да бъде засегната. Така че на практика обикновено се използват следните инвертирани T-тип D/A преобразуватели.
Мрежа с обърнат T резистор
Фигура 9-6 е схематичната диаграма на D/A преобразувателя на мрежата с обърнат T резистор. Тъй като точка P е заземена, а точка N е виртуална земя, без значение дали числата D0, D1, D2 и D3 са 0 или 1, всички електронни превключватели S0, S1, S2 и S3 са еквивалентни на заземяване. Следователно величините на разклонителните токове I0, I1, I2, I3 и IR на фигура 9-6 няма да се променят поради разликата в двоичните числа. Освен това еквивалентното съпротивление, гледано от горния ляв ъгъл на всеки възел a, b, C, d, е равно на R, така че общият ток, изтичащ от VR, е
и протичащ във всеки 2R клон Токът на веригата е както следва
Токът, протичащ в инвертиращия извод на операционния усилвател, е
p>Изходното напрежение на операционния усилвател е
Ако Rf=R и IR=VR/R се заместят в горната формула, има
Може да се види, че изходното аналогово напрежение е пропорционално на цифровия вход. Обобщен до n-bit, изходът на D/A преобразувателя е
Резисторната мрежа от обърнат T-тип също използва само резистори R и 2R, но не е същата като T-тип резистор. В сравнение със съпротивителната мрежа, тъй като токът на всеки клон е винаги наличен и постоянен, няма време за предаване на тока на всеки клон към инвертиращия вход на операционния усилвател, така че има по-висока скорост на преобразуване.