Acerca del convertidor de 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 de naturaleza analógica. Tenemos dos tipos de conversores conversor analógico a digital y conversor digital a analógico. Al manipular datos, estas dos interfaces de conversión son indispensables para equipos electrónicos digitales y aparatos eléctricos analógicos que deben ser procesados ​​por un procesador para producir la operación requerida.

Por ejemplo, tome la ilustración de DSP a continuación, un ADC convierte los datos analógicos recopilados por un equipo de entrada de audio, como un micrófono (captador), 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 en una señal analógica utilizada por un equipo de salida de audio, como un altavoz.

Convertidor digital a analógico (DAC)

El convertidor de digital a analógico (DAC) es un dispositivo que convierte datos digitales en una señal analógica. Según el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, todos los datos muestreados se pueden reconstruir perfectamente con el ancho de banda y los criterios de Nyquist.

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

Arquitecturas de convertidores D/A

Hay dos métodos comúnmente utilizados para la conversión de digital a analógico: el método de resistencia factorizada y el otro utiliza el método de red en escalera R-2R.

DAC utilizando el método de resistencia factorizada

El siguiente esquema es un DAC que usa resistencias ponderadas. La operación básica del DAC es la capacidad de agregar entradas que finalmente corresponderán a las contribuciones de los diversos bits de la entrada digital. En el dominio del voltaje, es decir, si las señales de entrada son voltajes, la suma de los bits binarios se puede lograr utilizando el amplificador sumador inversor que se muestra en la siguiente figura.

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

Las resistencias de entrada del amplificador operacional tienen sus valores de resistencia ponderados en formato binario. Al recibir el 1 binario, 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 un voltaje de salida analógico 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 la cantidad de bits en el voltaje de entrada digital, el rango de valores de resistencia se vuelve grande y, por lo tanto, la precisión se vuelve pobre.

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

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

La figura anterior muestra el DAC en escalera R-2R de 4 bits. Para lograr una precisión de alto nivel, elegimos los valores de resistencia como R y 2R. Dado el valor binario B3 B2 B1 B0, si b3=1, b2=b1=b0=0, entonces el circuito se muestra en la siguiente figura, 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 de la siguiente manera

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

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

De esta forma podemos ver 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 digital a analógico

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

amplificador de audio

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

codificador de vídeo

El sistema de codificación 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, mientras optimiza los niveles de salida. Al igual que con los códecs de audio, estos circuitos integrados pueden tener DAC incorporados.

electrónica de visualización

El controlador de gráficos generalmente usará una tabla de búsqueda para generar señales de datos enviadas a un DAC de video para salidas analógicas como señales rojas, verdes y azules (RGB) para controlar una pantalla.

Sistemas de adquisición de datos

Los datos a medir son digitalizados por un convertidor de analógico a digital (ADC) y luego enviados a un procesador. La adquisición de datos también incluirá un extremo de control de procesos, en el que el procesador envía datos a un DAC para convertirlos en señales analógicas.

Calibración

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

Control del motor

Muchos controles de motor requieren señales de control de voltajey un DAC es ideal para esta aplicación que puede ser controlado por un procesador o un controlador.

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 multiplexados. El uso de un DAC permite el cambio dinámico de voltajes durante la operación de un sistema.

potenciometro digital

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

Radio definida por software

Se utiliza un DAC con un procesador de señal digital (DSP) para convertir una señal en analógica para su transmisión a través del circuito mezclador y luego al amplificador de potencia y transmisor de la radio.

Así, este artículo trata Convertidor analógico digital y sus aplicaciones. Esperamos que tenga una mejor comprensión de este concepto. Además, si tiene alguna pregunta sobre este concepto o para implementar proyectos eléctricos y electrónicos, envíe sus valiosas sugerencias comentando en la sección de comentarios a continuación. Aquí hay una pregunta para ti, ¿Cómo podemos superar la baja precisión del DAC de resistencia ponderada binaria?