ΕΝΟΤΗΤΑ 7 η Μετατροπείς Ψηφιακού Σήματος σε Αναλογικό ( DAC)

1. ΕΝΟΤΗΤΑ 7ηΜετατροπείςΨηφιακού Σήματος σε Αναλογικό (DAC) Ο αθροιστής σε ρόλο DAC Το δικτύωμα R-2R Ολοκληρωμένα κυκλώματα DAC Σφάλματα DAC

2. Εισαγωγή Τα συστήματα DAC αποτελούν τη βάση πολλών εφαρμογών μετρήσεων. Είναι βασική βαθμίδα σε πολλά συστήματα A/D. Λειτουργούν ως γεννήτριες σήματος ελεγχόμενες από υπολογιστή και παρέχουν μια τάση ανάλογη του μετρούμενου μεγέθους προς άλλες βαθμίδες, όταν χρειάζεται. Διαθέτουν ένα ρυθμιζόμενο δικτύωμα αντιστάσεων, με το οποίο μπορούμε να ελέγχουμε την απολαβή ενισχυτικών βαθμίδων ή να κάνουμε ποτενσιομετρικές ρυθμίσεις με αυτόματο τρόπο.

3. Παράδειγμα συστήματος DAC Σύστημα 4-bits με έξοδο 5V σε πλήρη κλίμακα.

4. Vo = (I1 + I2 + I3 + I4) (Rf) Vo = ( )(Rf) Γενικό κύκλωμα αθροιστή

5. Ο αθροιστής ως απλός μετατροπέας D/A

6. Σχέσεις DAC (με βάση το προηγούμενο κύκλωμα) Vo = (I+2I+4I+8I)(-Rf ) = 15()(Rf ), όπου Vref είναι η τάση που αντιστοιχεί στο λογικό 1. • Στη γενική περίπτωση, που οι είσοδοι δέχονται τον δυαδικό κώδικα b3b2b1b0, η έξοδος θα είναι Vo = A()(Rf) , Vo= (b727 +b626 +b525 +b424 +b323 + b222+ b121 +b020).

7. Δικτύωμα αντιστάσεων R-2R Tο κύκλωμα αυτό περιέχει δύο μόνο τιμές αντιστάσεων. Οι κάθετες αντιστάσεις έχουν τιμή διπλάσια από τις οριζόντιες. Από αυτή την ιδιότητα προέρχεται και η ονομασία «κλίμακα R-2R».

8. Κ = Vref /R Ρεύμα εξόδου του δικτυώματος R-2R Με απλή ανάλυση αποδεικνύεται ότι, εάν η είσοδος του δικτυώματος που αντιστοιχεί στο πλέον σημαντικό bit έρθει σε δυναμικό V, τότε το ρεύμα εξόδου του δικτυώματος αυξάνει κατά V/(2R). Εάν οι επόμενες σε σημασία είσοδοι έρθουν στο δυναμικό V, τότε το ρεύμα αυξάνει διαδοχικά κατά κ.ο.κ. Ιο = K( )

9. Vo = Io (Rf) και θέτοντας Rf = R: Vo = -KRf ,Κ = Vref /R Vo= Vref Τάση εξόδου του δικτυώματος R-2R (ανάλυση 8 bits) • Io =K .

10. Το Ολοκληρωμένο Κύκλωμα DAC0808 Το κύκλωμα DAC0808 είναι ένα μονολιθικό ολοκληρωμένο κύκλωμα με δεκαέξι συνολικά ακροδέκτες, το οποίο μπορεί να δεχτεί στην είσοδο έναν ψηφιακό κώδικα οκτώ bits (ακροδέκτες 5 έως 12). Μία σειρά από τρανζίστορ σε λειτουργία διακόπτη (current switches) μπορούν να ενεργοποιηθούν από το λογικό 1 στις εισόδους και να τροφοδοτήσουν ένα κύκλωμα κλίμακας R-2R.

11. Τυπική Εφαρμογή με τον DAC0808

12. V0 = Vref ( ) V0 = Vref . Τυπική Εφαρμογή με τον DAC0808 (συνέχεια) Η έξοδος του κυκλώματος DAC0808 (ακροδέκτης 4) είναι σχεδιασμένη ώστε να παράγει ένα ρεύμα I0 σε μία αντίσταση φορτίου RL. Η τυπική υλοποίηση του μετατροπέα D/A απαιτεί τη σύνδεση ενός τελεστικού ενισχυτή αντιστροφής, όπως φαίνεται στο σχήμα της προηγούμενης διαφάνειας, για τη μετατροπή του ρεύματος σε τάση.

13. Το Ολοκληρωμένο Κύκλωμα DAC0832 Το ολοκληρωμένο κύκλωμα DAC0832 είναι και αυτό ένας ολοκληρωμένος μετατροπέας D/A μήκους οκτώ bits, και διαθέτει 20 ακροδέκτες (δηλαδή μία διπλή σειρά 10 ακροδεκτών). Είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε να ελέγχεται από κάποιον μικροεπεξεργαστή ή μικροελεγκτή. Για τον σκοπό αυτό αποτελείται από επιπλέον βαθμίδες, σε σχέση με τον μετατροπέα DAC0808, και έχει επιπλέον ακροδέκτες για τον έλεγχο της μετατροπής.

14. Λειτουργικό διάγραμμα του μετατροπέα DAC0832

15. Τυπική εφαρμογή με τον DAC0832

16. O DAC0832 σε λειτουργία τάσης

17. Ο DAC ΜΧ7541 (MAXIM)

18. Ο DAC ΜΧ7541 (MAXIM) – Μονοπολική λειτουργία

19. Ο DAC ΜΧ7541 – Διπολική λειτουργία

20. Ο DAC ΜΧ7541 – σε λειτουργία τάσης

21. Σφάλματα D/A μετατροπέων – Διαφορική μη-γραμμικότητα (DNL)

22. Σφάλματα D/A μετατροπέων – Σφάλμα Πλήρους Κλίμακας (Full-scale Error)Σφάλμα Ενίσχυσης (Gain Error)

23. Σφάλματα D/A μετατροπέων – Σφάλμα αρχικής τιμής (offset error)