Digitálno-analógový prevodník

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie

Digitálno-analógový prevodník je elektronické zariadenie na prevod digitálneho signálu na analógový signál. Jeho nasadenie je na výstupoch zo zdrojov digitálnej informácie do okolitého sveta, ktorý vnímame ako spojitý (analógový). Príkladom je zvuková karta, ktorá prijme digitálnu informáciu z procesora (napríklad dekódovanú MPEG pesničku) a pomocou digitálno-analógového prevodníku ju prenesie cez zosilňovač a ekvalizér do reproduktoru. Výsledok vnímame ako spojitý signál (zvuk, melódiu).

Princípy prevodu[upraviť | upraviť zdroj]

DA prevodník môžeme chápať ako dekódovací obvod, ktorý prevádza digitálne slovo do veľkosti výstupného prúdu alebo napätia, prípadne náboja.

Prúdový princíp[upraviť | upraviť zdroj]

V tomto prípade sa konverzia dosahuje pripájaním binárne vážených interných prúdových zdrojov, ktoré sú nakoniec sčítané na operačnom zosilňovači.

  • na obrázku je znázornený 8 bitový DAC. Spínače a S0 až S8 symbolicky reprezentujú pripájanie jednotlivých vetiev(prúdov) podľa riadiaceho slova. Pre názornosť je možné si predstaviť, že vysoká úroveň reprezentuje zopnutý vypínač a nízka rozopnutý. Veľkosť napätia na výstupe(Vout) potom môžme vyjadriť vzťahom:

V_{out}=-I_{out}R_{out}=-V_{ref}(b_{0}2^{-1}+b_{1}2^{-2}+...+b_{n}2^{-(n+1)}) ...kde Rout je spetnoväzbový rezistor, Iout je výstupný prúd, bi sú jednotlivé bity;
DAC-NAP.JPG

  • po podrobnejšej analýze obvodu je možné vytknúť dva nedostatky:
  1. veľké parazitné kapacity spôsobené pripájaním jednotlivých vetiev
  2. exponenciálny nárast hodnôt rezistorov
  • na ďalšom obrázku je schéma zapojenia, kde sú tieto problémy vyriešené
  • nevýhodou tohto zapojenia je zdvojnásobenie počtu rezistorov, čo však nieje taký veľký problém ako umiestnenie veľmi rozmanitých hodnôt do jedného integrovaného obvodu
  • rezistory sa tu vyskytujú už len so základnou a dvojnásobnou hodnotou
  • binárne delenie prúdu je zabezpečené na každej vetve postupne na zložky v pomere 1/2

DAC-I.jpg

Napäťový princíp[upraviť | upraviť zdroj]

  • DAC pracujúce na napäťovom princípe používajú na vytvorenie napätia na výstupe kombináciu dielov referenčného napätia. Princíp je možné pochopiť z nasledujúceho obrázka, kde je zobrazený 3 bitový DAC.

DAC U.jpg

  • podmienkou správnej funkcie tohto obvodu je zanedbateľná veľkosť prúdu tečúceho do sledovača
  • každý bit digitálnej informácie zopína príslušný vypínač, vysoká úroveň na nultého bitu zopne vypínač A nízka naopak A s pruhom, tzn. slovo 110 zopne A,B,(C s pruhom) a na výstupe úroveň Vref/4
  • nevýhodou tohto zapojenia je veľký počet ovládacích prvkov(2N+1), rezistorov(2N) a logických prepojení(2N)
  • tieto vlastnosti ho obmedzujú len na použitie v rýchlych aplikáciách s malým rozlíšením

Nábojový princíp[upraviť | upraviť zdroj]

DA prevodník pracujúci na tomto princípe vytvára napäťovú úroveň na výstupe pomocou predávania náboja sieťou kondenzátorov. Jeho činnosť je možne vysvetliť na nasledujúcom obrázku.
DAC Q.jpg

  • CA pripojíme na zem a CB budeme periodicky prepínať medzi referenčný napätím a zemou. Ak budú oba spínače na zemi, budú oba kondenzátory vybité(nulovacia fáza) a na výstupe(Vx) bude nulové napätie. Ak bude S0 otvorený a S1 na referenčnom napätí, bude paltit V_x=\frac{V_{ref}C_B}{C_A+C_B}, čo je vzorkovacia fáza.
  • usporiadaním kondenzátorov podobne ako pri využití prúdového princípu a binárnym vyvážením, ukazuje nasledujúci obrázok, môžeme odvodiť nasledovný vzťah pre výstupné napätie:

\sum_{k=1}^n{\frac{C}{2^{k-1}}}.......kde C je najvyššia kapacita v obvode zodpovedajúca nultému bitu;
DAC Qn.jpg

  • toto zapojenie má však rovnakú chybu ako ekvivalentný odporový variant, a to je exponenciálne rastúci rozdiel najvyššej a najnižšej kapacity
  • z tohto dôvodu je zapojenie ako integrovaný obvod realizovateľné maximálne do 8 bitov

Chyby DA prevodníkov[upraviť | upraviť zdroj]

Chyby DA prevodníkov sú dvoch základných druhou:

  1. Odstrániteľné chyby
    • chyba ofsetu........možné odstrániť nastavením trimrov
    • chyba rozsahu.......možné odstrániť predradením deliča
  2. Neodstrániteľné chyby
    • chyba spojitosti....chyba sa prejaví ako lokálny extrém na krivke výstupného napätia, ktorá ma byť v ideálnom prípade priamka
    • nelinearita.........chyba prejavujúca sa ako odchýlky od skutočných výstupných hodnôt napätia od ideálnej priamky, bez funkčnej závislosti; rozlišujeme dva typy:
      • diferenciálna......chyba udávajúca rozdiel skoku hodnoty výstupného napätia od ideálneho skoku 1 LSB (least system bit-najmenší systémový bit opak HSB-hightest system bit)
      • integrálna.........udáva najväčšiu odchýlku reálnych hodnôt od ideálnej priamky, obyčajne sa vyjadruje v percentách

Externé odkazy[upraviť | upraviť zdroj]

ADC and DAC Glossary
Glossary definition