Digital-Analog-Wandler
EIN Digital to Analog Converter (DAC)wandelt ein digitales Eingangssignal in ein analoges Ausgangssignal um. Das digitale Signal wird mit einem Binärcode dargestellt, der eine Kombination der Bits 0 und 1 darstellt. In diesem Kapitel werden Digital-Analog-Wandler ausführlich behandelt.
Das block diagram von DAC ist in der folgenden Abbildung dargestellt -
Ein Digital-Analog-Wandler (DAC) besteht aus mehreren Binäreingängen und einem einzelnen Ausgang. Im Allgemeinen ist dienumber of binary inputs eines DAC wird eine Zweierpotenz sein.
Arten von DACs
Es gibt two types von DACs
- Gewichteter Widerstand DAC
- R-2R Leiter DAC
In diesem Abschnitt werden diese beiden Arten von DACs ausführlich erläutert.
Gewichteter Widerstand DAC
Ein gewichteter Widerstands-DAC erzeugt durch Verwendung einen analogen Ausgang, der fast dem digitalen (binären) Eingang entspricht binary weighted resistorsin der invertierenden Addiererschaltung. Kurz gesagt wird ein binär gewichteter Widerstands-DAC als gewichteter Widerstands-DAC bezeichnet.
Das circuit diagram eines binär gewichteten 3-Bit-Widerstands-DAC ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Denken Sie daran, dass die Bits einer Binärzahl nur einen der beiden Werte haben können. dh entweder 0 oder 1. Lassen Sie die3-bit binary inputist $ b_ {2} b_ {1} b_ {0} $. Hier bezeichnen die Bits $ b_ {2} $ und $ b_ {0} $ dieMost Significant Bit (MSB) and Least Significant Bit (LSB) beziehungsweise.
Das digital switchesDie in der obigen Abbildung gezeigte Verbindung wird mit Masse verbunden, wenn die entsprechenden Eingangsbits gleich '0' sind. In ähnlicher Weise werden die in der obigen Abbildung gezeigten digitalen Schalter mit der negativen Referenzspannung $ -V_ {R} $ verbunden, wenn die entsprechenden Eingangsbits gleich '1' sind.
In der obigen Schaltung ist der nicht invertierende Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers mit Masse verbunden. Das bedeutet, dass am nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers Null Volt angelegt werden.
Laut dem virtual short conceptDie Spannung am invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers ist dieselbe wie die Spannung an seinem nicht invertierenden Eingangsanschluss. Die Spannung am Knoten des invertierenden Eingangsanschlusses beträgt also null Volt.
Das nodal equation Am Knoten des invertierenden Eingangsterminals befindet sich:
$$ \ frac {0 + V_ {R} b_ {2}} {2 ^ {0} R} + \ frac {0 + V_ {R} b_ {1}} {2 ^ {1} R} + \ frac {0 + V_ {R} b_ {0}} {2 ^ {2} R} + \ frac {0-V_ {0}} {R_ {f}} = 0 $$
$$ => \ frac {V_ {0}} {R_ {f}} = \ frac {V_ {R} b_ {2}} {2 ^ {0} R} + \ frac {V_ {R} b_ {1 }} {2 ^ {1} R} + \ frac {V_ {R} b_ {0}} {2 ^ {2} R} $$
$$ => V_ {0} = \ frac {V_ {R} R_ {f}} {R} \ left \ {\ frac {b_ {2}} {2 ^ {0}} + \ frac {b_ {1 }} {2 ^ {1}} + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {2}} \ right \} $$
Einsetzen von $ R = 2R_ {f} $ in der obigen Gleichung.
$$ => V_ {0} = \ frac {V_ {R} R_ {f}} {2R_ {f}} \ left \ {\ frac {b_ {2}} {2 ^ {0}} + \ frac { b_ {1}} {2 ^ {1}} + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {2}} \ right \} $$
$$ => V_ {0} = \ frac {V_ {R}} {2} \ left \ {\ frac {b_ {2}} {2 ^ {0}} + \ frac {b_ {1}} {2 ^ {1}} + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {2}} \ right \} $$
Die obige Gleichung repräsentiert die output voltage equationeines binär gewichteten 3-Bit-Widerstands-DAC. Da die Anzahl der Bits im binären (digitalen) Eingang drei beträgt, erhalten wir sieben mögliche Werte der Ausgangsspannung, indem wir den binären Eingang von 000 bis 111 für eine feste Referenzspannung, $ V_ {R} $, variieren.
Wir können das schreiben generalized output voltage equation eines binär gewichteten N-Bit-Widerstands-DAC, wie nachstehend gezeigt, basierend auf der Ausgangsspannungsgleichung eines binär gewichteten 3-Bit-Widerstands-DAC.
$$ => V_ {0} = \ frac {V_ {R}} {2} \ left \ {\ frac {b_ {N-1}} {2 ^ {0}} + \ frac {b_ {N-2 }} {2 ^ {1}} + .... + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {N-1}} \ right \} $$
Das disadvantages eines binär gewichteten Widerstands DAC sind wie folgt -
Die Differenz zwischen den Widerstandswerten, die LSB und MSB entsprechen, nimmt mit zunehmender Anzahl der im Digitaleingang vorhandenen Bits zu.
Es ist schwierig, genauere Widerstände zu entwerfen, wenn die Anzahl der im Digitaleingang vorhandenen Bits zunimmt.
R-2R Leiter DAC
Der R-2R-Leiter-DAC überwindet die Nachteile eines binär gewichteten Widerstands-DAC. Wie der Name schon sagt, erzeugt der R-2R Ladder DAC einen analogen Ausgang, der mit a fast dem digitalen (binären) Eingang entsprichtR-2R ladder network in der invertierenden Addiererschaltung.
Dascircuit diagrameines 3-Bit-R-2R-Kontaktplan-DAC ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Denken Sie daran, dass die Bits einer Binärzahl nur einen der beiden Werte haben können. dh entweder 0 oder 1. Lassen Sie die3-bit binary inputist $ b_ {2} b_ {1} b_ {0} $. Hier bezeichnen die Bits $ b_ {2} $ und $ b_ {0} $ das höchstwertige Bit (MSB) bzw. das am wenigsten signifikante Bit (LSB).
Die in der obigen Abbildung gezeigten digitalen Schalter werden mit Masse verbunden, wenn die entsprechenden Eingangsbits gleich '0' sind. In ähnlicher Weise werden die in der obigen Abbildung gezeigten digitalen Schalter mit der negativen Referenzspannung $ -V_ {R} $ verbunden, wenn die entsprechenden Eingangsbits gleich '1' sind.
Es ist schwierig, die verallgemeinerte Ausgangsspannungsgleichung eines R-2R-Leiter-DAC zu erhalten. Die analogen Ausgangsspannungswerte des R-2R-Kontaktplan-DAC für einzelne binäre Eingangskombinationen können wir jedoch leicht finden.
Das advantages eines R-2R Ladder DAC sind wie folgt:
Der R-2R-Leiter-DAC enthält nur zwei Widerstandswerte: R und 2R. So ist es einfach, genauere Widerstände auszuwählen und zu entwerfen.
Wenn mehr Anzahl von Bits im Digitaleingang vorhanden ist, müssen wir zusätzlich die erforderliche Anzahl von R-2R-Abschnitten einbeziehen.
Aufgrund der obigen Vorteile ist der R-2R-Leiter-DAC dem binär gewichteten Widerstands-DAC vorzuziehen.