Układy scalone przetwornika cyfrowo-analogowego (DAC)

Być może otrzymałeś zadanie wyboru układu scalonego (IC) przetwornika cyfrowo-analogowego (DAC) do nowego projektu, lub uczysz się o nich po raz pierwszy. W dziedzinie elektroniki wybór odpowiednich komponentów ma kluczowe znaczenie dla ogólnej wydajności i efektywności całego systemu. Przetworniki DAC odgrywają kluczową rolę w wielu zastosowaniach, ponieważ ich funkcja polega na przetwarzaniu sygnału cyfrowego na sygnał analogowy. Funkcja ta jest często nazywana kondycjonowaniem sygnału i jest niezbędna w łączeniu świata cyfrowego ze światem analogowym. Najłatwiej to zrozumieć, myśląc o cyfrowych sygnałach wejściowych, takich jak zestaw sygnałów od wysokiego do niskiego, podobnych do sygnału binarnego, konwertowanych na dźwięk, który rozumiemy, słuchając muzyki wydobywającej się z głośnika. Tej niesamowitej transformacji dokonują przetworniki DAC. Biorąc pod uwagę ogromną różnorodność elektroniki, systemów i aplikacji, wybór odpowiedniego układu scalonego DAC może być złożonym zadaniem, biorąc pod uwagę wiele czynników, które należy wziąć pod uwagę.

Kluczowe parametry oceny

Zrozumienie tych urządzeń może być trudne, ponieważ istnieje wiele różnych zastosowań i funkcji, w których pewne parametry są ważniejsze od innych. Poniżej znajduje się sześć najważniejszych parametrów, które należy zrozumieć i ocenić, ale nie jest to pełna lista. W rzeczywistości mogą istnieć projekty obwodów, w których niektóre z poniższych parametrów mają znacznie niższą wartość, a inne, nie wymienione, mogą być bardziej krytyczne. Dwa bardzo ważne parametry, nieliniowość całkowa (INL) i nieliniowość różnicowa (DNL), które opisują liniowość wyjścia przetwornika DAC, nie są szczegółowo omówione w tym poście.

Rozdzielczość

Rozdzielczość określa liczbę poziomów wyjściowych, które układ scalony może wygenerować. Jest on zwykle mierzony w bitach, przy czym typowe rozdzielczości to 8 bitów, 10 bitów, 12 bitów, 16 bitów itd. Kiedy przetwornik cyfrowo-analogowy konwertuje sygnał włączenia/wyłączenia na wyjście analogowe, sygnał nie jest idealną reprezentacją wejścia. Podobnie jak w przypadku monitora komputerowego, uzyskany sygnał wyjściowy poprawia się wraz ze wzrostem rozdzielczości przetwornika cyfrowo-analogowego. Urządzenia o wyższej rozdzielczości umożliwiają większą szczegółowość i większą dokładność wyjściowego sygnału analogowego. Wadą zwiększania rozdzielczości jest to, że im wyższa rozdzielczość, tym zazwyczaj większe jest zużycie energii i większy koszt.

Prędkość

Zazwyczaj prędkość jest problemem głównie w systemach przetwarzania dźwięku i gromadzenia danych. Szybki przetwornik cyfrowo-analogowy jest niezbędny do uzyskania wysokiej częstotliwości próbkowania, czyli liczby razy na sekundę, podczas których układ scalony może przekształcić wejścia cyfrowe w wyjścia analogowe. Typowymi jednostkami miary są próbki na sekundę (SPS) lub kiloherc (kHz). Częstotliwość próbkowania powinna być wystarczająca do wymagań przepustowości aplikacji, aby dokładnie odtworzyć sygnał analogowy. W przypadku zastosowań o niższej prędkości często wybiera się przetworniki cyfrowo-analogowe ogólnego przeznaczenia, które są ograniczone jedynie szybkością interfejsu.

Dokładność

Dokładność przetwornika cyfrowo-analogowego odnosi się do tego, jak bardzo napięcie wyjściowe odpowiada napięciu idealnemu na podstawie wejściowego kodu cyfrowego. Parametr ten można postrzegać jako kulminację wielu czynników, w tym nieliniowości całkowej (INL) i nieliniowości różnicowej (DNL), czyli jakości wewnętrznego napięcia odniesienia przetwornika DAC. Błędy INL są zwykle bardziej krytyczne niż błędy DNL, ​​ponieważ wpływają na dokładność napięcia wyjściowego w pełnym zakresie sygnału wejściowego, podczas gdy błędy DNL wpływają na dokładność napięcia wyjściowego tylko pomiędzy sąsiednimi kodami wejścia cyfrowego.

Interfejs cyfrowy

Zazwyczaj wybór interfejsu zależy od mikrokontrolera, układu FPGA lub innych źródeł sygnału cyfrowego i wymagań systemowych. Zwykle układy DAC mogą mieć jeden z następujących interfejsów: I2C, SPI, równoległy lub szeregowy.

Czas rozstrzygania

Czas potrzebny do ustabilizowania się sygnału wyjściowego z określoną dokładnością po otrzymaniu nowego wejścia cyfrowego nazywany jest czasem ustalania. Zastosowania, które wymagają szybkich i precyzyjnych zmian na wyjściu analogowym, znacznie zyskują na krótszych czasach ustalania.

Moc

Projektując obwód zawierający przetwornik DAC, należy wziąć pod uwagę zarówno wymagania dotyczące zasilania, jak i pobór mocy. Wymagania dotyczące zasilania układu DAC IC muszą odpowiadać tym, które są dostępne w systemie, zapewniając stabilność źródła zasilania. Chociaż wiele przetworników DAC ma wbudowane zabezpieczenia przed awarią zasilania w konstrukcji układu scalonego, nie mają one na celu kompensowania niewystarczającego zasilania. W przeciwnym razie wydajność urządzenia ulegnie pogorszeniu i może to mieć wpływ na integralność sygnału wyjściowego. W konstrukcjach zasilanych bateryjnie i innych konstrukcjach o niskim poborze mocy, zużycie energii powinno być wartością przewodnią przy wyborze urządzenia. Ogólnie rzecz biorąc, idealnym rozwiązaniem jest im niższy pobór mocy, jaki można osiągnąć — należy jednak wziąć pod uwagę kompromisy, takie jak rozdzielczość w stosunku do zużycia energii.

Źródło tekstu: Microchip Technology Inc., Tłumaczenie: Gamma Sp. z o.o.

Gamma Sp. z o.o. jest autoryzowanym dystrybutorem rozwiązań firmy Microchip Technology w Polsce. Zapraszamy do kontaktu z naszym działem handlowym.