Pengonversi Digital ke Analog
SEBUAH Digital to Analog Converter (DAC)mengubah sinyal masukan digital menjadi sinyal keluaran analog. Sinyal digital direpresentasikan dengan kode biner, yang merupakan kombinasi dari bit 0 dan 1. Bab ini membahas Pengonversi Digital ke Analog secara rinci.
Itu block diagram DAC ditunjukkan pada gambar berikut -
Digital to Analog Converter (DAC) terdiri dari sejumlah input biner dan satu output. Secara umum, filenumber of binary inputs dari DAC akan menjadi kekuatan dua.
Jenis DAC
Ada two types dari DAC
- Resistor Tertimbang DAC
- Tangga R-2R DAC
Bagian ini membahas tentang dua jenis DAC ini secara detail -
Resistor Tertimbang DAC
Sebuah resistor tertimbang DAC menghasilkan keluaran analog, yang hampir sama dengan masukan digital (biner) dengan menggunakan binary weighted resistorsdi sirkuit penambah pembalik. Singkatnya, resistor DAC berbobot biner disebut sebagai resistor tertimbang DAC.
Itu circuit diagram dari resistor DAC tertimbang biner 3-bit ditunjukkan pada gambar berikut -
Ingatlah bahwa bit bilangan biner hanya dapat memiliki satu dari dua nilai. yaitu, 0 atau 1. Biarkan3-bit binary inputadalah $ b_ {2} b_ {1} b_ {0} $. Di sini, bit $ b_ {2} $ dan $ b_ {0} $ menunjukkanMost Significant Bit (MSB) and Least Significant Bit (LSB) masing-masing.
Itu digital switchesyang ditunjukkan pada gambar di atas akan terhubung ke ground, ketika bit input yang sesuai sama dengan '0'. Demikian pula, sakelar digital yang ditunjukkan pada gambar di atas akan dihubungkan ke tegangan referensi negatif, $ -V_ {R} $ ketika bit input yang sesuai sama dengan '1'.
Pada rangkaian di atas, terminal input non-pembalik dari op-amp dihubungkan ke ground. Itu berarti nol volt diterapkan pada terminal input non-pembalik op-amp.
Menurut virtual short concept, tegangan pada terminal masukan pembalik opamp sama dengan tegangan yang ada pada terminal masukan non-pembalik. Jadi, tegangan pada node terminal input pembalik akan menjadi nol volt.
Itu nodal equation di node terminal input pembalik adalah:
$$ \ frac {0 + V_ {R} b_ {2}} {2 ^ {0} R} + \ frac {0 + V_ {R} b_ {1}} {2 ^ {1} R} + \ frac {0 + V_ {R} b_ {0}} {2 ^ {2} R} + \ frac {0-V_ {0}} {R_ {f}} = 0 $$
$$ => \ frac {V_ {0}} {R_ {f}} = \ frac {V_ {R} b_ {2}} {2 ^ {0} R} + \ frac {V_ {R} b_ {1 }} {2 ^ {1} R} + \ frac {V_ {R} b_ {0}} {2 ^ {2} R} $$
$$ => V_ {0} = \ frac {V_ {R} R_ {f}} {R} \ kiri \ {\ frac {b_ {2}} {2 ^ {0}} + \ frac {b_ {1 }} {2 ^ {1}} + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {2}} \ kanan \} $$
Mensubstitusi, $ R = 2R_ {f} $ dalam persamaan di atas.
$$ => V_ {0} = \ frac {V_ {R} R_ {f}} {2R_ {f}} \ kiri \ {\ frac {b_ {2}} {2 ^ {0}} + \ frac { b_ {1}} {2 ^ {1}} + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {2}} \ kanan \} $$
$$ => V_ {0} = \ frac {V_ {R}} {2} \ kiri \ {\ frac {b_ {2}} {2 ^ {0}} + \ frac {b_ {1}} {2 ^ {1}} + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {2}} \ kanan \} $$
Persamaan di atas mewakili output voltage equationdari resistor DAC tertimbang biner 3-bit. Karena jumlah bit adalah tiga dalam masukan biner (digital), kita akan mendapatkan tujuh kemungkinan nilai tegangan keluaran dengan memvariasikan masukan biner dari 000 hingga 111 untuk tegangan referensi tetap, $ V_ {R} $.
Kita bisa menulis generalized output voltage equation dari resistor DAC tertimbang biner N-bit seperti yang ditunjukkan di bawah ini berdasarkan persamaan tegangan keluaran dari resistor DAC tertimbang biner 3-bit.
$$ => V_ {0} = \ frac {V_ {R}} {2} \ kiri \ {\ frac {b_ {N-1}} {2 ^ {0}} + \ frac {b_ {N-2 }} {2 ^ {1}} + .... + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {N-1}} \ kanan \} $$
Itu disadvantages dari resistor DAC tertimbang biner adalah sebagai berikut -
Perbedaan antara nilai resistansi yang sesuai dengan LSB & MSB akan meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah bit yang ada dalam input digital.
Sulit untuk mendesain resistor yang lebih akurat karena jumlah bit yang ada dalam input digital meningkat.
Tangga R-2R DAC
R-2R Ladder DAC mengatasi kerugian dari resistor DAC berbobot biner. Seperti namanya, R-2R Ladder DAC menghasilkan keluaran analog yang hampir sama dengan masukan digital (biner) dengan menggunakanR-2R ladder network di sirkuit penambah pembalik.
Itucircuit diagramdari 3-bit R-2R Ladder DAC ditunjukkan pada gambar berikut -
Ingatlah bahwa bit bilangan biner hanya dapat memiliki satu dari dua nilai. yaitu, 0 atau 1. Biarkan3-bit binary inputadalah $ b_ {2} b_ {1} b_ {0} $. Di sini, bit $ b_ {2} $ dan $ b_ {0} $ masing-masing menunjukkan Bit Paling Signifikan (MSB) dan Bit Signifikan Terkecil (LSB).
Sakelar digital yang ditunjukkan pada gambar di atas akan dihubungkan ke ground, ketika bit input yang sesuai sama dengan '0'. Demikian pula, sakelar digital yang ditunjukkan pada gambar di atas akan dihubungkan ke tegangan referensi negatif, $ -V_ {R} $ ketika bit input yang sesuai sama dengan '1'.
Sulit untuk mendapatkan persamaan tegangan keluaran umum dari DAC Tangga R-2R. Tetapi, kita dapat menemukan nilai tegangan output analog dari R-2R Ladder DAC untuk kombinasi input biner individual dengan mudah.
Itu advantages dari R-2R Ladder DAC adalah sebagai berikut -
Tangga R-2R DAC hanya berisi dua nilai resistor: R dan 2R. Jadi, mudah untuk memilih dan mendesain resistor yang lebih akurat.
Jika lebih banyak jumlah bit hadir dalam input digital, maka kita harus menyertakan jumlah bagian R-2R yang diperlukan sebagai tambahan.
Karena kelebihan di atas, R-2R Ladder DAC lebih disukai daripada DAC resistor pembobotan biner.