ทำไมเราต้องมีตัวแปลงข้อมูล? ในโลกแห่งความเป็นจริงข้อมูลส่วนใหญ่อยู่ในรูปแบบของแอนะล็อกตามธรรมชาติ เรามีตัวแปลงสองประเภท ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล และตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก ในขณะที่จัดการข้อมูลอินเทอร์เฟซการแปลงทั้งสองนี้มีความสำคัญต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลและอุปกรณ์ไฟฟ้าแบบแอนะล็อกซึ่งจะประมวลผลโดยโปรเซสเซอร์เพื่อสร้างการทำงานที่จำเป็น
ตัวอย่างเช่นใช้ภาพประกอบ DSP ด้านล่าง ADC จะแปลงข้อมูลอะนาล็อกที่รวบรวมโดยอุปกรณ์อินพุตเสียงเช่นไมโครโฟน (เซ็นเซอร์) ให้เป็นสัญญาณดิจิทัลที่คอมพิวเตอร์ประมวลผลได้ คอมพิวเตอร์อาจเพิ่มเอฟเฟกต์เสียง ตอนนี้ DAC จะประมวลผลสัญญาณเสียงดิจิทัลกลับไปเป็นสัญญาณอนาล็อกที่ใช้โดยอุปกรณ์เอาต์พุตเสียงเช่นลำโพง
การประมวลผลสัญญาณเสียง
ตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก (DAC)
Digital to Analog Converter (DAC) เป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนข้อมูลดิจิทัลให้เป็นสัญญาณแอนะล็อก ตามทฤษฎีบทการสุ่มตัวอย่าง Nyquist-Shannon ข้อมูลตัวอย่างใด ๆ สามารถสร้างขึ้นใหม่ได้อย่างสมบูรณ์แบบด้วยแบนด์วิดท์และเกณฑ์ของ Nyquist
DAC สามารถสร้างข้อมูลตัวอย่างใหม่ให้เป็นสัญญาณอนาล็อกได้อย่างแม่นยำ ข้อมูลดิจิทัลอาจผลิตจากไมโครโปรเซสเซอร์วงจรรวมเฉพาะแอปพลิเคชัน (ASIC) หรือ อาร์เรย์เกทที่ตั้งโปรแกรมฟิลด์ได้ (FPGA) แต่ในที่สุดข้อมูลต้องมีการแปลงเป็นสัญญาณแอนะล็อกเพื่อที่จะโต้ตอบกับโลกแห่งความเป็นจริง
Basic Digital เป็น Analog Converter
สถาปัตยกรรม D / A Converter
มีสองวิธีที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก: วิธีตัวต้านทานแบบถ่วงน้ำหนักและอีกวิธีหนึ่งใช้วิธีเครือข่ายบันได R-2R
DAC โดยใช้วิธี Weighted Resistors
แผนผังด้านล่างที่แสดงคือ DAC โดยใช้ตัวต้านทานแบบถ่วงน้ำหนัก การทำงานพื้นฐานของ DAC คือความสามารถในการเพิ่มอินพุตซึ่งท้ายที่สุดจะสอดคล้องกับการมีส่วนร่วมของบิตต่างๆของอินพุตดิจิทัล ในโดเมนแรงดันไฟฟ้านั่นคือถ้าสัญญาณอินพุตเป็นแรงดันไฟฟ้าการเพิ่มบิตไบนารีสามารถทำได้โดยใช้การกลับด้าน เครื่องขยายเสียงรวม แสดงในรูปด้านล่าง
ตัวต้านทานแบบถ่วงน้ำหนักไบนารี DAC
ในโดเมนแรงดันไฟฟ้านั่นคือถ้าสัญญาณอินพุตเป็นแรงดันไฟฟ้าการเพิ่มบิตไบนารีสามารถทำได้โดยใช้แอมพลิฟายเออร์ผลรวมกลับด้านที่แสดงในรูปด้านบน
ตัวต้านทานอินพุตของ op-amp มีค่าความต้านทานถ่วงน้ำหนักในรูปแบบไบนารี เมื่อรับไบนารี 1 สวิตช์จะเชื่อมต่อตัวต้านทานกับแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง เมื่อวงจรลอจิกได้รับไบนารี 0 สวิตช์จะเชื่อมต่อตัวต้านทานกับกราวด์ บิตอินพุตดิจิทัลทั้งหมดจะถูกนำไปใช้กับ DAC พร้อมกัน
DAC สร้างแรงดันเอาต์พุตแบบอะนาล็อกที่สอดคล้องกับสัญญาณข้อมูลดิจิทัลที่กำหนด สำหรับ DAC แรงดันดิจิตอลที่กำหนดคือ b3 b2 b1 b0 โดยที่แต่ละบิตเป็นค่าไบนารี (0 หรือ 1) แรงดันเอาต์พุตที่ผลิตที่ด้านเอาต์พุตคือ
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
เมื่อจำนวนบิตเพิ่มขึ้นในแรงดันไฟฟ้าอินพุตดิจิตอลช่วงของค่าตัวต้านทานจะมีขนาดใหญ่และดังนั้นความแม่นยำจึงไม่ดี
บันได R-2R ตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก (DAC)
บันได R-2R DAC สร้างขึ้นเป็น DAC แบบถ่วงน้ำหนักไบนารีที่ใช้โครงสร้างแบบเรียงซ้อนซ้ำของค่าตัวต้านทาน R และ 2R สิ่งนี้ช่วยเพิ่มความแม่นยำเนื่องจากความสะดวกในการผลิตตัวต้านทานที่จับคู่ค่าเท่ากัน (หรือแหล่งที่มาในปัจจุบัน)
บันได R-2R ตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก (DAC)
รูปด้านบนแสดงบันได 4 บิต R-2R DAC เพื่อให้ได้ความแม่นยำระดับสูงเราได้เลือกค่าตัวต้านทานเป็น R และ 2R ให้ค่าไบนารี B3 B2 B1 B0 ถ้า b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0 จากนั้นวงจรจะแสดงในรูปด้านล่างซึ่งเป็นรูปแบบที่เรียบง่ายของวงจร DAC ด้านบน แรงดันขาออกคือ V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
ในทำนองเดียวกันถ้า b2 = 1 และ b3 = b1 = b0 = 0 ดังนั้นแรงดันขาออกคือ V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 และวงจรจะถูกทำให้ง่ายขึ้นดังต่อไปนี้
ถ้า b1 = 1 และ b2 = b3 = b0 = 0 ดังนั้นวงจรที่แสดงในรูปด้านล่างจะเป็นรูปแบบที่เรียบง่ายของวงจร DAC ด้านบน แรงดันขาออกคือ V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
ในที่สุดวงจรจะแสดงในด้านล่างซึ่งสอดคล้องกับกรณีที่ b0 = 1 และ b2 = b3 = b1 = 0 แรงดันขาออกคือ V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
ด้วยวิธีนี้เราจะพบว่าเมื่อข้อมูลอินพุตเป็น b3b2b1b0 (โดยที่แต่ละบิตเป็น 0 หรือ 1) แรงดันเอาต์พุตคือ
การใช้งาน Digital to Analog Converter
DAC ใช้ในแอปพลิเคชันการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลและแอปพลิเคชันอื่น ๆ อีกมากมาย แอปพลิเคชันที่สำคัญบางส่วนมีการกล่าวถึงด้านล่าง
เครื่องขยายเสียง
DAC ใช้ในการสร้างแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงด้วยคำสั่งไมโครคอนโทรลเลอร์ บ่อยครั้งที่ DAC จะรวมอยู่ในตัวแปลงสัญญาณเสียงทั้งหมดซึ่งรวมถึงคุณสมบัติการประมวลผลสัญญาณ
ตัวเข้ารหัสวิดีโอ
ระบบเข้ารหัสวิดีโอจะประมวลผลสัญญาณวิดีโอและส่งสัญญาณดิจิทัลไปยัง DAC ที่หลากหลายเพื่อผลิตสัญญาณวิดีโอแอนะล็อกในรูปแบบต่างๆพร้อมกับการปรับระดับเอาต์พุตให้เหมาะสม เช่นเดียวกับตัวแปลงสัญญาณเสียง IC เหล่านี้อาจรวม DAC ไว้ด้วย
ดิสเพลย์อิเล็กทรอนิกส์
โดยทั่วไปตัวควบคุมกราฟิกจะใช้ตารางค้นหาเพื่อสร้างสัญญาณข้อมูลที่ส่งไปยังวิดีโอ DAC สำหรับเอาต์พุตแบบอะนาล็อกเช่นสัญญาณสีแดงสีเขียวสีน้ำเงิน (RGB) เพื่อขับเคลื่อนการแสดงผล
ระบบการเก็บข้อมูล
ข้อมูลที่จะวัดจะถูกแปลงเป็นดิจิทัลโดย Analog-to-Digital Converter (ADC) จากนั้นส่งไปยังโปรเซสเซอร์ การรับข้อมูลจะรวมถึงการสิ้นสุดการควบคุมกระบวนการซึ่งโปรเซสเซอร์จะส่งข้อมูลป้อนกลับไปยัง DAC เพื่อแปลงเป็นสัญญาณอนาล็อก
การสอบเทียบ
DAC ให้การสอบเทียบแบบไดนามิกสำหรับการชดเชยอัตราขยายและแรงดันไฟฟ้าเพื่อความแม่นยำในระบบทดสอบและการวัด
การควบคุมมอเตอร์
ต้องมีการควบคุมมอเตอร์จำนวนมาก สัญญาณควบคุมแรงดันไฟฟ้า และ DAC เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันนี้ซึ่งอาจขับเคลื่อนโดยโปรเซสเซอร์หรือคอนโทรลเลอร์
แอปพลิเคชั่นควบคุมมอเตอร์
ระบบกระจายข้อมูล
สายงานอุตสาหกรรมและโรงงานจำนวนมากต้องการแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ตั้งโปรแกรมได้หลายตัวและสามารถสร้างได้โดยธนาคารของ DAC ที่เป็นมัลติเพล็กซ์ การใช้ DAC ช่วยให้สามารถเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าระหว่างการทำงานของระบบได้
โพเทนชิออมิเตอร์แบบดิจิตอล
เกือบทั้งหมด โพเทนชิโอมิเตอร์แบบดิจิตอล ขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมสตริง DAC ด้วยการจัดโครงสร้างใหม่ของอาร์เรย์ตัวต้านทาน / สวิตช์และการเพิ่ม อินเทอร์เฟซที่เข้ากันได้กับ I2C สามารถใช้โพเทนชิออมิเตอร์แบบดิจิตอลได้อย่างสมบูรณ์
ซอฟต์แวร์วิทยุ
DAC ใช้กับ Digital Signal Processor (DSP) เพื่อแปลงสัญญาณเป็นแอนะล็อกสำหรับส่งในวงจรมิกเซอร์จากนั้นไปยังวิทยุ เครื่องขยายเสียง และเครื่องส่ง
ดังนั้นบทความนี้จะกล่าวถึง ตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก และการใช้งาน เราหวังว่าคุณจะเข้าใจแนวคิดนี้ดีขึ้น นอกจากนี้หากมีข้อสงสัยเกี่ยวกับแนวคิดนี้หรือการดำเนินโครงการไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์โปรดให้ข้อเสนอแนะที่มีค่าของคุณโดยการแสดงความคิดเห็นในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง นี่คือคำถามสำหรับคุณ เราจะเอาชนะความแม่นยำต่ำใน Binary Weighted Resistor DAC ได้อย่างไร?
