ĐẾN chuyển đổi công nghệ ky thuật sô ( Dacian , D / A , D2A , hoặc là D-to-A ) là một mạch được thiết kế để chuyển đổi tín hiệu đầu vào kỹ thuật số thành tín hiệu đầu ra tương tự. Bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số (ADC) hoạt động theo cách ngược lại và biến đổi tín hiệu đầu vào tương tự thành đầu ra kỹ thuật số.
Trong bài viết này, chúng tôi thảo luận toàn diện về cách thức hoạt động của các mạch chuyển đổi từ kỹ thuật số sang tương tự và tương tự sang kỹ thuật số, sử dụng sơ đồ và công thức.
Trong thiết bị điện tử, chúng ta có thể thấy điện áp và dòng điện thay đổi liên tục với các phạm vi và độ lớn khác nhau.
Trong các mạch kỹ thuật số, tín hiệu điện áp có hai dạng, dưới dạng mức logic cao hoặc mức logic thấp, biểu thị các giá trị nhị phân của 1 hoặc 0.
Trong bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC), tín hiệu tương tự đầu vào được biểu thị dưới dạng cường độ kỹ thuật số, trong khi bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số (DAC) chuyển đổi cường độ kỹ thuật số trở lại tín hiệu tương tự.
Cách hoạt động của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự
Quá trình chuyển đổi từ kỹ thuật số sang tương tự có thể được thực hiện thông qua nhiều kỹ thuật khác nhau.
Một phương pháp nổi tiếng sử dụng mạng điện trở, được gọi là mạng bậc thang.
Mạng bậc thang được thiết kế để chấp nhận các đầu vào liên quan đến các giá trị nhị phân thường ở 0 V hoặc Vref và cung cấp điện áp đầu ra tương đương với độ lớn của đầu vào nhị phân.
Hình bên dưới mô tả một mạng bậc thang sử dụng 4 điện áp đầu vào, đại diện cho 4 bit dữ liệu số và đầu ra điện áp một chiều.
Điện áp đầu ra tương ứng với giá trị đầu vào kỹ thuật số được biểu thị bằng phương trình:
Giải ví dụ trên, chúng ta nhận được điện áp đầu ra sau:
Như chúng ta thấy, một đầu vào kỹ thuật số của 0110haiđược chuyển đổi thành đầu ra tương tự 6 V.
Mục đích của mạng bậc thang là thay đổi 16 cường độ nhị phân tiềm năng
từ 0000 đến 1111 thành một trong 16 đại lượng điện áp trong khoảng thời gian là Vref/ 16.
Do đó, có thể xử lý nhiều đầu vào nhị phân hơn bằng cách bao gồm nhiều đơn vị bậc thang hơn và để thực hiện lượng tử hóa cao hơn cho mỗi bước.
Có nghĩa là, giả sử nếu chúng ta sử dụng mạng bậc thang 10 bước, sẽ cho phép sử dụng để tăng số lượng bước điện áp hoặc độ phân giải thành Vref/hai10hoặc Vref/ 1024. Trong trường hợp này, nếu chúng ta sử dụng điện áp tham chiếu Vref= 10 V sẽ tạo ra điện áp đầu ra theo các bước 10 V / 1024, hoặc khoảng 10 mV.
Do đó, thêm nhiều giai đoạn bậc thang hơn sẽ cho chúng ta độ phân giải cao hơn tương ứng.
Thông thường, cho n số bậc thang, điều này có thể được biểu diễn qua công thức sau:
Vref/ hain
Sơ đồ khối DAC
Hình bên dưới cho thấy sơ đồ khối của một DAC tiêu chuẩn sử dụng mạng bậc thang, được tham chiếu là bậc thang R-2R. Điều này có thể được nhìn thấy bị khóa giữa nguồn dòng tham chiếu và công tắc hiện tại.
Các công tắc hiện tại được liên kết với các công tắc nhị phân, tạo ra dòng điện đầu ra tỷ lệ với giá trị nhị phân đầu vào.
Các đầu vào nhị phân chuyển đổi các chân tương ứng của bậc thang, cho phép dòng điện đầu ra là tổng trọng số của tham chiếu hiện tại.
Nếu được yêu cầu, các điện trở có thể được gắn với các đầu ra để giải thích kết quả là đầu ra tương tự.
Cách hoạt động của bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số
Chúng ta đã thảo luận về cách chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số sang tín hiệu tương tự, bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu cách làm ngược lại, đó là chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số. Điều này có thể được thực hiện thông qua một phương pháp nổi tiếng được gọi là phương pháp độ dốc kép .
Hình dưới đây cho thấy sơ đồ khối của bộ chuyển đổi ADC độ dốc kép tiêu chuẩn.
Ở đây, một công tắc điện tử được sử dụng để chuyển tín hiệu đầu vào tương tự mong muốn đến một bộ tích hợp, còn được gọi là bộ tạo dốc. Bộ tạo đường dốc này có thể ở dạng tụ điện được tích điện với dòng điện không đổi để tạo ra đường dốc tuyến tính. Điều này tạo ra chuyển đổi kỹ thuật số cần thiết thông qua một giai đoạn bộ đếm hoạt động cho cả khoảng độ dốc âm và dương của bộ tích hợp.
Phương pháp này có thể được hiểu theo mô tả sau:
Phạm vi đo đầy đủ của bộ đếm quyết định khoảng thời gian cố định. Đối với khoảng thời gian này, điện áp tương tự đầu vào được áp dụng cho bộ tích hợp làm cho điện áp đầu vào của bộ so sánh tăng lên một mức dương nào đó.
Tham khảo phần (b) của biểu đồ trên, cho thấy rằng điện áp từ bộ tích hợp ở cuối khoảng thời gian cố định cao hơn điện áp đầu vào có độ lớn lớn hơn.
Khi khoảng thời gian cố định kết thúc, bộ đếm được đặt thành 0, điều này sẽ nhắc công tắc điện tử kết nối bộ tích hợp với mức điện áp đầu vào tham chiếu cố định. Sau đó, đầu ra của bộ tích hợp cũng là đầu vào của tụ điện bắt đầu giảm với tốc độ không đổi.
Trong khoảng thời gian này, bộ đếm tiếp tục tiến lên, trong khi đầu ra của bộ tích hợp tiếp tục giảm với tốc độ không đổi, cho đến khi nó xuống dưới điện áp chuẩn của bộ so sánh. Điều này làm cho đầu ra của bộ so sánh thay đổi trạng thái và kích hoạt giai đoạn logic điều khiển để dừng đếm.
Độ lớn kỹ thuật số được lưu trữ bên trong bộ đếm sẽ trở thành đầu ra kỹ thuật số của bộ chuyển đổi.
Việc sử dụng đồng hồ chung và giai đoạn tích phân trong cả khoảng thời gian dốc dương và âm bổ sung một số loại bù để kiểm soát sự trôi dạt của tần số đồng hồ và giới hạn độ chính xác của bộ tích phân.
Có thể mở rộng quy mô đầu ra của bộ đếm theo sở thích của người dùng bằng cách thiết lập phù hợp giá trị đầu vào tham chiếu và tốc độ đồng hồ. Chúng tôi có thể có bộ đếm dưới dạng nhị phân, BCD hoặc ở định dạng kỹ thuật số khác, nếu nó được yêu cầu.
Sử dụng mạng Ladder
Phương pháp mạng bậc thang sử dụng bộ đếm và giai đoạn so sánh là một cách lý tưởng khác để thực hiện chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số. Trong phương pháp này, một bộ đếm bắt đầu đếm từ số 0, điều khiển mạng bậc thang, tạo ra điện áp tăng dần theo bậc, giống như một cầu thang (xem hình bên dưới).
Quá trình này cho phép điện áp tăng lên theo từng bước đếm.
Một bộ so sánh giám sát điện áp cầu thang tăng dần này và so sánh nó với điện áp đầu vào tương tự. Ngay khi bộ so sánh cảm nhận được điện áp bậc thang đi trên đầu vào tương tự, đầu ra của nó sẽ nhắc dừng đếm.
Giá trị bộ đếm tại thời điểm này trở thành tương đương số của tín hiệu tương tự.
Mức độ thay đổi của điện áp tạo ra bởi các bước của tín hiệu cầu thang được xác định bởi số lượng bit đếm được sử dụng.
Ví dụ, bộ đếm 12 tầng sử dụng tham chiếu 10 V sẽ vận hành mạng bậc thang 10 tầng với điện áp từng bước là:
Vref/hai12= 10 V / 4096 = 2,4 mV
Điều này sẽ tạo ra độ phân giải chuyển đổi là 2,4 mV. Thời gian cần thiết để thực hiện chuyển đổi được xác định bởi tốc độ đồng hồ của bộ đếm.
Nếu tốc độ xung nhịp 1 MHz được sử dụng để vận hành bộ đếm 12 giai đoạn, thì thời gian tối đa để chuyển đổi sẽ là:
4096 x 1 μs = 4096 μs ≈ 4,1 mili giây
Số lượng chuyển đổi ít nhất có thể có mỗi giây có thể được tìm thấy là:
Không. chuyển đổi = 1 / 4,1 mili giây ≈ 244 chuyển đổi / giây
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển đổi
Xem xét rằng một số chuyển đổi có thể yêu cầu cao hơn và một số có thể yêu cầu thời gian đếm thấp hơn, thường thì thời gian chuyển đổi = 4,1 mili giây / 2 = 2,05 mili giây có thể là một giá trị tốt.
Điều này sẽ tạo ra số lượng chuyển đổi trung bình là 2 x 244 = 488.
Tốc độ đồng hồ chậm hơn có nghĩa là ít chuyển đổi hơn mỗi giây.
Một bộ chuyển đổi hoạt động với số lượng giai đoạn đếm thấp hơn (độ phân giải thấp) sẽ có tỷ lệ chuyển đổi cao hơn.
Độ chính xác của bộ chuyển đổi được xác định bởi độ chính xác của bộ biến đổi.
Trước: Cách tính toán biến áp lõi Ferrite Tiếp theo: Mạch chỉ báo mức nhiên liệu siêu âm
