Acerca del convertidor digital a analógico (DAC) y sus aplicaciones

Acerca del convertidor digital a analógico (DAC) y sus aplicaciones

¿Por qué necesitamos convertidores de datos? En el mundo real, la mayoría de los datos están disponibles en forma analógica por naturaleza. Tenemos dos tipos de convertidores Conversor analógico a digital y convertidor de digital a analógico. Mientras se manipulan los datos, estas dos interfaces de conversión son esenciales para el equipo electrónico digital y un dispositivo eléctrico analógico que debe ser procesado por un procesador para producir la operación requerida.



Por ejemplo, tome la siguiente ilustración de DSP, un ADC convierte los datos analógicos recopilados por un equipo de entrada de audio, como un micrófono (sensor), en una señal digital que puede ser procesada por una computadora. La computadora puede agregar efectos de sonido. Ahora, un DAC procesará la señal de sonido digital de nuevo a la señal analógica que utiliza el equipo de salida de audio, como un altavoz.


Procesamiento de señales de audio

Procesamiento de señales de audio





Convertidor de digital a analógico (DAC)

Convertidor de digital a analógico (DAC) es un dispositivo que transforma datos digitales en una señal analógica. Según el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, cualquier dato muestreado se puede reconstruir perfectamente con el ancho de banda y los criterios de Nyquist.

Un DAC puede reconstruir datos muestreados en una señal analógica con precisión. Los datos digitales pueden producirse a partir de un microprocesador, un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) o Matriz de puerta programable de campo (FPGA) , pero en última instancia, los datos requieren la conversión a una señal analógica para interactuar con el mundo real.



Convertidor básico de digital a analógico

Convertidor básico de digital a analógico

Arquitecturas de convertidores D / A

Hay dos métodos que se usan comúnmente para la conversión digital a analógica: el método de resistencias ponderadas y el otro es el método de red en escalera R-2R.

DAC usando el método de resistencias ponderadas

El diagrama esquemático que se muestra a continuación es DAC con resistencias ponderadas. La operación básica de DAC es la capacidad de agregar entradas que, en última instancia, corresponderán a las contribuciones de los diversos bits de la entrada digital. En el dominio de voltaje, es decir, si las señales de entrada son voltajes, la suma de los bits binarios se puede lograr usando la inversión amplificador sumador como se muestra en la siguiente figura.


Resistencias ponderadas binarias DAC

Resistencias ponderadas binarias DAC

En el dominio de voltaje, es decir, si las señales de entrada son voltajes, la adición de los bits binarios se puede lograr utilizando el amplificador sumador inversor que se muestra en la figura anterior.

Las resistencias de entrada del amplificador operacional tener sus valores de resistencia ponderados en formato binario. Cuando el receptor binario 1, el interruptor conecta la resistencia al voltaje de referencia. Cuando el circuito lógico recibe un 0 binario, el interruptor conecta la resistencia a tierra. Todos los bits de entrada digital se aplican simultáneamente al DAC.

El DAC genera una tensión de salida analógica correspondiente a la señal de datos digitales dada. Para el DAC, el voltaje digital dado es b3 b2 b1 b0 donde cada bit es un valor binario (0 o 1). El voltaje de salida producido en el lado de salida es

V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref

A medida que aumenta el número de bits en el voltaje de entrada digital, el rango de los valores de la resistencia se vuelve grande y, en consecuencia, la precisión se vuelve pobre.

Convertidor de escalera digital a analógico (DAC) R-2R

El DAC de escalera R-2R construido como un DAC de ponderación binaria que utiliza una estructura repetida en cascada de valores de resistencia R y 2R. Esto mejora la precisión debido a la relativa facilidad de producir resistencias de igual valor (o fuentes de corriente).

Convertidor de escalera digital a analógico (DAC) R-2R

Convertidor de escalera digital a analógico (DAC) R-2R

La figura anterior muestra el DAC de escalera R-2R de 4 bits. Para lograr una precisión de alto nivel, hemos elegido los valores de resistencia como R y 2R. Sea el valor binario B3 B2 B1 B0, si b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, entonces el circuito que se muestra en la figura a continuación es una forma simplificada del circuito DAC anterior. El voltaje de salida es V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2

De manera similar, si b2 = 1 y b3 = b1 = b0 = 0, entonces el voltaje de salida es V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 y el circuito se simplifica como se muestra a continuación.

Si b1 = 1 y b2 = b3 = b0 = 0, entonces el circuito que se muestra en la figura a continuación es una forma simplificada del circuito DAC anterior. El voltaje de salida es V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8

Finalmente, el circuito se muestra a continuación correspondiente al caso donde b0 = 1 y b2 = b3 = b1 = 0. El voltaje de salida es V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16

De esta manera, podemos encontrar que cuando los datos de entrada son b3b2b1b0 (donde los bits individuales son 0 o 1), entonces el voltaje de salida es

Aplicaciones del convertidor de digital a analógico

Los DAC se utilizan en muchas aplicaciones de procesamiento de señales digitales y muchas más aplicaciones. Algunas de las aplicaciones importantes se analizan a continuación.

Amplificador de audio

Los DAC se utilizan para producir una ganancia de voltaje de CC con los comandos del microcontrolador. A menudo, el DAC se incorporará a un códec de audio completo que incluye funciones de procesamiento de señales.

Codificador de video

El sistema codificador de video procesará una señal de video y enviará señales digitales a una variedad de DAC para producir señales de video analógicas de varios formatos, junto con la optimización de los niveles de salida. Al igual que con los códecs de audio, estos circuitos integrados pueden tener DAC integrados.

Electrónica de pantalla

El controlador gráfico normalmente usará una tabla de búsqueda para generar señales de datos enviadas a un DAC de video para salidas analógicas como señales roja, verde, azul (RGB) para controlar una pantalla.

Sistemas de adquisición de datos

Los datos que se van a medir se digitalizan mediante un convertidor analógico a digital (ADC) y luego se envían a un procesador. La adquisición de datos también incluirá un extremo de control de proceso, en el que el procesador envía datos de retroalimentación a un DAC para convertirlos en señales analógicas.

Calibración

El DAC proporciona calibración dinámica para ganancia y compensación de voltaje para precisión en sistemas de prueba y medición.

Motor Control

Muchos controles de motor requieren señales de control de voltaje , y un DAC es ideal para esta aplicación que puede ser manejada por un procesador o controlador.

Aplicación de control de motor

Aplicación de control de motor

Sistema de distribución de datos

Muchas líneas industriales y de fábrica requieren múltiples fuentes de voltaje programables, y esto puede ser generado por un banco de DAC que están multiplexados. El uso de un DAC permite el cambio dinámico de voltajes durante el funcionamiento de un sistema.

Potenciómetro digital

Casi todos potenciómetros digitales se basan en la arquitectura de cadena DAC. Con alguna reorganización de la matriz de resistencia / interruptor, y la adición de una interfaz compatible con I2C , se puede implementar un potenciómetro totalmente digital.

Software Radio

Un DAC se utiliza con un procesador de señal digital (DSP) para convertir una señal en analógica para su transmisión en el circuito del mezclador y luego a la radio amplificador de poder y transmisor.

Por lo tanto, este artículo analiza convertidor digital a analógico y sus aplicaciones. Esperamos que comprenda mejor este concepto. Además, cualquier consulta con respecto a este concepto o para implementar proyectos eléctricos y electrónicos, por favor dé sus valiosas sugerencias comentando en la sección de comentarios a continuación. Aquí hay una pregunta para ti, ¿Cómo podemos superar la poca precisión en DAC de resistencia ponderada binaria?