Pourquoi avons-nous besoin de convertisseurs de données? Dans le monde réel, la plupart des données sont disponibles sous forme de nature analogique. Nous avons deux types de convertisseurs Convertisseur analogique-numérique et convertisseur numérique-analogique. Lors de la manipulation des données, ces deux interfaces de conversion sont essentielles à un équipement électronique numérique et à un dispositif électrique analogique qui doivent être traités par un processeur afin de produire l'opération requise.
Par exemple, prenez l'illustration DSP ci-dessous, un ADC convertit les données analogiques collectées par un équipement d'entrée audio tel qu'un microphone (capteur), en un signal numérique qui peut être traité par un ordinateur. L'ordinateur peut ajouter des effets sonores. Désormais, un DAC traitera le signal sonore numérique en un signal analogique utilisé par un équipement de sortie audio tel qu'un haut-parleur.
Traitement du signal audio
Convertisseur numérique-analogique (DAC)
Le convertisseur numérique-analogique (DAC) est un appareil qui transforme les données numériques en un signal analogique. Selon le théorème d'échantillonnage de Nyquist-Shannon, toutes les données échantillonnées peuvent être parfaitement reconstruites avec la bande passante et les critères de Nyquist.
Un DAC peut reconstruire avec précision les données échantillonnées en un signal analogique. Les données numériques peuvent être produites à partir d'un microprocesseur, d'un circuit intégré spécifique d'application (ASIC), ou Réseau de portes programmable sur site (FPGA) , mais finalement les données nécessitent la conversion en un signal analogique afin d'interagir avec le monde réel.
Convertisseur numérique-analogique de base
Architectures de convertisseur N / A
Il existe deux méthodes couramment utilisées pour la conversion numérique-analogique: la méthode des résistances pondérées et l'autre utilise la méthode de réseau en échelle R-2R.
DAC utilisant la méthode des résistances pondérées
Le diagramme schématique ci-dessous est un DAC utilisant des résistances pondérées. Le fonctionnement de base du DAC est la possibilité d'ajouter des entrées qui correspondront finalement aux contributions des différents bits de l'entrée numérique. Dans le domaine de la tension, c'est-à-dire si les signaux d'entrée sont des tensions, l'addition des bits binaires peut être réalisée en utilisant l'inversion amplificateur de sommation illustré dans la figure ci-dessous.
Résistances binaires pondérées DAC
Dans le domaine des tensions, c'est-à-dire si les signaux d'entrée sont des tensions, l'addition des bits binaires peut être réalisée en utilisant l'amplificateur de sommation inverseur représenté sur la figure ci-dessus.
Les résistances d'entrée du ampli-op ont leurs valeurs de résistance pondérées dans un format binaire. Lorsque le binaire de réception 1, l'interrupteur connecte la résistance à la tension de référence. Lorsque le circuit logique reçoit 0 binaire, le commutateur connecte la résistance à la masse. Tous les bits d'entrée numériques sont appliqués simultanément au DAC.
Le DAC génère une tension de sortie analogique correspondant au signal de données numériques donné. Pour le DAC, la tension numérique donnée est b3 b2 b1 b0 où chaque bit est une valeur binaire (0 ou 1). La tension de sortie produite côté sortie est
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Au fur et à mesure que le nombre de bits augmente dans la tension d'entrée numérique, la plage des valeurs de résistance devient grande et en conséquence, la précision devient médiocre.
Convertisseur numérique-analogique (DAC) Ladder R-2R
Le DAC en échelle R-2R construit comme un DAC à pondération binaire qui utilise une structure répétée en cascade de valeurs de résistance R et 2R. Cela améliore la précision en raison de la facilité relative de production de résistances (ou de sources de courant) à valeur égale.
Convertisseur numérique-analogique (DAC) Ladder R-2R
La figure ci-dessus montre le DAC à échelle R-2R 4 bits. Afin d'obtenir une précision de haut niveau, nous avons choisi les valeurs de résistance comme R et 2R. Soit la valeur binaire B3 B2 B1 B0, si b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, alors le circuit est illustré dans la figure ci-dessous, il s'agit d'une forme simplifiée du circuit DAC ci-dessus. La tension de sortie est V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
De même, si b2 = 1 et b3 = b1 = b0 = 0, alors la tension de sortie est V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 et le circuit est simplifié comme ci-dessous
Si b1 = 1 et b2 = b3 = b0 = 0, alors le circuit illustré dans la figure ci-dessous est une forme simplifiée du circuit DAC ci-dessus. La tension de sortie est V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Enfin, le circuit est représenté ci-dessous correspondant au cas où b0 = 1 et b2 = b3 = b1 = 0. La tension de sortie est V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
De cette façon, nous pouvons trouver que lorsque les données d'entrée sont b3b2b1b0 (où les bits individuels sont soit 0 soit 1), alors la tension de sortie est
Applications du convertisseur numérique-analogique
Les CNA sont utilisés dans de nombreuses applications de traitement de signaux numériques et dans de nombreuses autres applications. Certaines des applications importantes sont décrites ci-dessous.
Amplificateur audio
Les DAC sont utilisés pour produire un gain de tension CC avec les commandes du microcontrôleur. Souvent, le DAC sera incorporé dans un codec audio entier qui comprend des fonctionnalités de traitement du signal.
Encodeur vidéo
Le système d'encodeur vidéo traitera un signal vidéo et enverra des signaux numériques à une variété de CNA pour produire des signaux vidéo analogiques de différents formats, tout en optimisant les niveaux de sortie. Comme pour les codecs audio, ces CI peuvent avoir des DAC intégrés.
Affichage électronique
Le contrôleur graphique utilisera généralement une table de recherche pour générer des signaux de données envoyés à un DAC vidéo pour des sorties analogiques telles que des signaux rouge, vert, bleu (RVB) pour piloter un écran.
Systèmes d'acquisition de données
Les données à mesurer sont numérisées par un convertisseur analogique-numérique (ADC) puis envoyées à un processeur. L'acquisition de données comprendra également une extrémité de commande de processus, dans laquelle le processeur envoie des données de rétroaction à un DAC pour la conversion en signaux analogiques.
Étalonnage
Le DAC fournit un étalonnage dynamique du gain et du décalage de tension pour la précision des systèmes de test et de mesure.
Contrôle moteur
De nombreuses commandes de moteur nécessitent signaux de commande de tension , et un DAC est idéal pour cette application qui peut être pilotée par un processeur ou un contrôleur.
Application de contrôle de moteur
Système de distribution de données
De nombreuses lignes industrielles et industrielles nécessitent plusieurs sources de tension programmables, et cela peut être généré par une banque de CNA multiplexés. L'utilisation d'un DAC permet le changement dynamique des tensions pendant le fonctionnement d'un système.
Potentiomètre numérique
Presque toutes potentiomètres numériques sont basés sur l'architecture DAC string. Avec une certaine réorganisation du réseau de résistances / commutateurs et l'ajout de une interface compatible I2C , un potentiomètre entièrement numérique peut être implémenté.
Logiciel radio
Un DAC est utilisé avec un processeur de signal numérique (DSP) pour convertir un signal en analogique pour la transmission dans le circuit de mixage, puis vers la radio amplificateur et émetteur.
Ainsi, cet article traite Convertisseur numérique analogique et ses applications. Nous espérons que vous avez une meilleure compréhension de ce concept. De plus, pour toute question concernant ce concept ou pour mettre en œuvre des projets électriques et électroniques, veuillez donner vos précieuses suggestions en commentant dans la section commentaires ci-dessous. Voici une question pour vous, Comment pouvons-nous surmonter la faible précision du CNA à résistance pondérée binaire?
