Penjelasan Digital-ke-Analog (DAC), Analog-ke-Digital (ADC) Dijelaskan

KE penukar digital ke analog ( Dacian , D / A , D2A , atau D-ke-A adalah litar yang direka untuk menukar isyarat input digital menjadi isyarat output analog. Penukar analog-ke-digital (ADC) berfungsi dengan cara yang bertentangan dan mengubah isyarat input analog menjadi output digital.

Dalam artikel ini kita membincangkan secara komprehensif bagaimana rangkaian digital ke analog, dan analog ke digital converter berfungsi, menggunakan gambar rajah dan formula.

Dalam elektronik, kita dapati voltan dan arus berbeza secara berterusan dengan julat dan magnitud yang berbeza.

Dalam litar digital isyarat voltan dalam dua bentuk, sama ada sebagai tahap logik tinggi atau logik rendah, yang mewakili nilai binari 1 atau 0.

Dalam penukar analog ke digital (ADC), isyarat analog input ditunjukkan sebagai magnitud digital, sementara penukar analog-digital (DAC) menukar magnitud digital kembali ke isyarat analog.

Bagaimana Penukar Digital ke Analog Berfungsi

Proses penukaran digital ke analog dapat dilakukan melalui banyak teknik yang berbeza.

Satu kaedah yang terkenal menggunakan rangkaian perintang, yang dikenali sebagai rangkaian tangga.

Rangkaian tangga dirancang untuk menerima input yang melibatkan nilai binari biasanya pada 0 V atau Vref dan memberikan voltan output yang setara dengan besarnya input binari.

Gambar di bawah menunjukkan rangkaian tangga menggunakan 4 voltan input, yang mewakili 4 bit data digital dan output voltan dc.

Voltan output berkadar dengan nilai input digital seperti yang dinyatakan oleh persamaan:

Untuk menyelesaikan contoh di atas, kita mendapat voltan keluaran berikut:

Seperti yang kita lihat, input digital 0110_duaditukar kepada output analog 6 V.

Tujuan rangkaian tangga adalah untuk mengubah 16 potensi besar binari
hingga 0000 hingga 1111 menjadi salah satu daripada 16 kuantiti voltan pada selang V_rujukan/ 16.

Oleh itu, adalah mungkin untuk memproses lebih banyak input binari dengan memasukkan lebih banyak bilangan unit tangga, dan untuk mencapai pengukuran yang lebih tinggi untuk setiap langkah.

Maksudnya, andaikan jika kita menggunakan rangkaian tangga 10 langkah, akan membenarkan penggunaan untuk meningkatkan kuantiti langkah voltan atau resolusi ke V_rujukan/ dua¹⁰atau V_rujukan/ 1024. Dalam kes ini, jika kita menggunakan voltan rujukan V_rujukan= 10 V akan menghasilkan voltan keluaran dalam langkah 10 V / 1024, atau sekitar 10 mV.

Oleh itu, menambahkan lebih banyak tahap tangga akan memberi kita resolusi yang lebih tinggi.

Biasanya, untuk n bilangan tangga, ini dapat ditunjukkan melalui formula berikut:

V_rujukan/ duaⁿ

Rajah Blok DAC

Gambar di bawah menunjukkan gambarajah blok DAC standard menggunakan rangkaian tangga, yang disebut sebagai tangga R-2R. Ini dapat dilihat terkunci antara sumber arus rujukan dan suis semasa.

Suis semasa dihubungkan dengan suis binari, menghasilkan arus keluaran berkadar dengan nilai binari input.

Input binari menukar kaki tangga masing-masing, membolehkan arus keluaran yang merupakan jumlah berwajaran dari rujukan semasa.

Sekiranya diperlukan, perintang boleh dilampirkan dengan output untuk menafsirkan hasilnya sebagai output analog.

Bagaimana Penukar Analog-ke-Digital Berfungsi

Sejauh ini kita membincangkan bagaimana menukar digital ke isyarat analog, sekarang mari kita belajar bagaimana melakukan sebaliknya, iaitu menukar isyarat analog menjadi isyarat digital. Ini dapat dilaksanakan melalui kaedah terkenal yang disebut kaedah dwi-cerun .

Gambar berikut menunjukkan gambarajah blok untuk penukar ADC cerun dwi standard.

Di sini, suis elektronik digunakan untuk memindahkan isyarat input analog yang dikehendaki ke integrator, juga disebut penjana tanjakan. Penjana tanjakan ini mungkin dalam bentuk kapasitor yang dikenakan arus tetap untuk menghasilkan tanjakan linier. Ini menghasilkan penukaran digital yang diperlukan melalui peringkat pembilang yang berfungsi untuk selang cerun positif dan negatif integrator.

Kaedahnya dapat difahami dengan keterangan berikut:

Julat pengukuran penuh kaunter menentukan selang masa yang tetap. Untuk selang ini voltan analog input yang dikenakan pada integrator menyebabkan voltan input pembanding meningkat ke tahap positif.

Merujuk pada bahagian (b) rajah di atas, menunjukkan bahawa voltan dari integrator pada akhir selang waktu tetap lebih tinggi daripada voltan input yang lebih besar dalam magnitud.

Apabila selang waktu tetap selesai, kiraan diatur ke 0, yang mendorong suis elektronik untuk menyambungkan integrator ke tahap voltan input rujukan tetap. Selepas ini, output integrator yang juga merupakan input kapasitor mula menurun pada kadar tetap.

Dalam tempoh ini, penghitung terus maju, sementara output integrator terus turun pada kadar tetap, hingga turun di bawah voltan rujukan pembanding. Ini menyebabkan output pembanding berubah keadaan dan mencetuskan tahap logik kawalan untuk menghentikan pengiraan.

Besarnya digital yang tersimpan di dalam kaunter menjadi output digital penukar.

Penggunaan jam dan tahap integrator yang sama selama selang cerun positif dan negatif menambah semacam pampasan untuk mengawal peralihan frekuensi jam, dan had ketepatan integrator.

Mungkin saja untuk mengukur output penghitung sesuai pilihan pengguna dengan mengatur nilai input rujukan, dan laju jam dengan tepat. Kita boleh mempunyai kaunter sebagai binari, BCD atau dalam format digital lain, jika diperlukan.

Menggunakan Rangkaian Tangga

Kaedah rangkaian tangga menggunakan tahap pembilang dan pembanding adalah cara lain yang ideal untuk melaksanakan penukaran analog-ke-digital. Dalam kaedah ini, pembilang mula menghitung dari sifar, yang menggerakkan rangkaian tangga, menghasilkan voltan kenaikan bertingkat, menyerupai tangga (lihat gambar di bawah).

Proses ini membolehkan voltan meningkat dengan setiap langkah kiraan.

Pembanding mengawasi kenaikan voltan tangga ini dan membandingkannya dengan voltan input analog. Sebaik sahaja pembanding merasakan voltan tangga berada di atas input analog, outputnya meminta untuk menghentikan pengiraan.

Nilai pembilang pada ketika ini menjadi setara digital isyarat analog.

Tahap perubahan voltan yang dihasilkan oleh langkah-langkah isyarat tangga ditentukan oleh jumlah bit kiraan yang digunakan.

Sebagai contoh pembilang 12 tahap yang menggunakan rujukan 10 V akan mengendalikan rangkaian tangga 10 tahap dengan voltan langkah:

V_rujukan/ dua¹²= 10 V / 4096 = 2.4 mV

Ini akan menghasilkan resolusi penukaran 2.4 mV. Masa yang diperlukan untuk pelaksanaan penukaran ditentukan oleh kadar jam di kaunter.

Sekiranya kadar jam 1 MHz digunakan untuk mengendalikan pembilang 12 tahap, masa maksimum yang diperlukan untuk penukaran adalah:

4096 x 1 μs = 4096 μs ≈ 4.1 ms

Jumlah penukaran paling sedikit yang mungkin dilakukan sesaat boleh didapati sebagai:

tidak. penukaran = 1 / 4.1 ms ≈ 244 penukaran / saat

Faktor yang Mempengaruhi Proses Penukaran

Memandangkan beberapa penukaran mungkin menuntut lebih tinggi dan ada yang memerlukan kiraan masa yang lebih rendah, biasanya masa penukaran = 4.1 ms / 2 = 2.05 ms dapat menjadi nilai yang baik.

Ini akan menghasilkan jumlah penukaran 2 x 244 = 488 secara purata.

Kadar jam yang lebih perlahan bermaksud lebih sedikit penukaran sesaat.

Penukar yang berfungsi dengan bilangan tahap pengiraan yang lebih rendah (resolusi rendah) akan mempunyai kadar penukaran yang lebih tinggi.

Ketepatan penukar ditentukan oleh ketepatan komparator.