Tentang Digital to Analog Converter (DAC) dan Aplikasinya

Tentang Digital to Analog Converter (DAC) dan Aplikasinya

Mengapa kita membutuhkan konverter data? Di dunia nyata, sebagian besar data tersedia dalam bentuk analog. Kami memiliki dua jenis konverter konverter analog ke digital dan konverter digital ke analog. Saat memanipulasi data, dua antarmuka pengubah ini penting untuk peralatan elektronik digital dan perangkat listrik analog yang akan diproses oleh prosesor untuk menghasilkan operasi yang diperlukan.

Sebagai contoh, ambil ilustrasi DSP di bawah ini, ADC mengubah data analog yang dikumpulkan oleh peralatan input audio seperti mikrofon (sensor), menjadi sinyal digital yang dapat diproses oleh komputer. Komputer mungkin menambahkan efek suara. Sekarang sebuah DAC akan mengolah kembali sinyal suara digital tersebut menjadi sinyal analog yang digunakan oleh peralatan keluaran audio seperti speaker.




Pemrosesan Sinyal Audio

Pemrosesan Sinyal Audio



Konverter Digital ke Analog (DAC)

Digital to Analog Converter (DAC) adalah perangkat yang mengubah data digital menjadi sinyal analog. Menurut teorema pengambilan sampel Nyquist-Shannon, setiap data sampel dapat direkonstruksi secara sempurna dengan kriteria bandwidth dan Nyquist.

DAC dapat merekonstruksi data sampel menjadi sinyal analog dengan presisi. Data digital dapat dihasilkan dari mikroprosesor, Application Specific Integrated Circuit (ASIC), atau Field Programmable Gate Array (FPGA) , tetapi pada akhirnya data memerlukan konversi ke sinyal analog untuk berinteraksi dengan dunia nyata.



Konverter Digital ke Analog Dasar

Konverter Digital ke Analog Dasar

Arsitektur Konverter D / A

Ada dua metode yang biasa digunakan untuk konversi digital ke analog: metode Weighted Resistor dan yang lainnya menggunakan metode jaringan tangga R-2R.

DAC menggunakan metode Weighted Resistor

Diagram skema yang ditunjukkan di bawah ini adalah DAC menggunakan resistor tertimbang. Operasi dasar DAC adalah kemampuan untuk menambahkan input yang pada akhirnya akan sesuai dengan kontribusi berbagai bit input digital. Dalam domain tegangan, yaitu jika sinyal masukan berupa tegangan, penambahan bit biner dapat dilakukan dengan menggunakan pembalik. penguat penjumlah ditunjukkan pada gambar di bawah ini.




Resistor Tertimbang Biner DAC

Resistor Tertimbang Biner DAC

Dalam domain tegangan, yaitu jika sinyal masukan berupa tegangan, penambahan bit biner dapat dilakukan dengan menggunakan penguat penjumlah pembalik yang ditunjukkan pada gambar di atas.

Resistor masukan dari op-amp memiliki nilai resistansi tertimbang dalam format biner. Ketika penerima biner 1, sakelar menghubungkan resistor ke tegangan referensi. Ketika rangkaian logika menerima biner 0, sakelar menghubungkan resistor ke ground. Semua bit input digital diterapkan secara bersamaan ke DAC.

DAC menghasilkan tegangan keluaran analog yang sesuai dengan sinyal data digital yang diberikan. Untuk DAC tegangan digital yang diberikan adalah b3 b2 b1 b0 dimana setiap bit merupakan nilai biner (0 atau 1). Tegangan keluaran yang dihasilkan pada sisi keluaran adalah

V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref

Ketika jumlah bit meningkat pada tegangan input digital, kisaran nilai resistor menjadi besar dan karenanya, keakuratannya menjadi buruk.

Tangga R-2R Digital to Analog Converter (DAC)

Tangga R-2R DAC dibangun sebagai DAC berbobot biner yang menggunakan struktur bertingkat berulang dari nilai resistor R dan 2R. Ini meningkatkan presisi karena kemudahan relatif untuk menghasilkan resistor yang cocok dengan nilai yang sama (atau sumber arus).

Tangga R-2R Digital to Analog Converter (DAC)

Tangga R-2R Digital to Analog Converter (DAC)

Gambar di atas menunjukkan DAC tangga 4-bit R-2R. Untuk mencapai akurasi tingkat tinggi, kami telah memilih nilai resistor sebagai R dan 2R. Misalkan nilai biner B3 B2 B1 B0, jika b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, maka rangkaian yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini merupakan bentuk sederhana dari rangkaian DAC di atas. Tegangan keluaran adalah V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2

Demikian pula jika b2 = 1, dan b3 = b1 = b0 = 0, maka tegangan keluarannya adalah V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 dan rangkaiannya disederhanakan seperti di bawah ini

Jika b1 = 1 dan b2 = b3 = b0 = 0, maka rangkaian yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini merupakan bentuk sederhana dari rangkaian DAC di atas. Tegangan keluaran adalah V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8

Akhirnya, rangkaian yang ditunjukkan di bawah ini sesuai dengan kasus di mana b0 = 1 dan b2 = b3 = b1 = 0. Tegangan keluaran adalah V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16

Dengan cara ini, kita dapat menemukan bahwa ketika data masukan adalah b3b2b1b0 (di mana masing-masing bit adalah 0 atau 1), maka tegangan keluaran adalah

Aplikasi Konverter Digital ke Analog

DAC digunakan dalam banyak aplikasi pemrosesan sinyal digital dan banyak lagi aplikasi lainnya. Beberapa aplikasi penting dibahas di bawah ini.

Penguat Audio

DAC digunakan untuk menghasilkan penguatan tegangan DC dengan perintah Mikrokontroler. Seringkali, DAC akan digabungkan ke dalam seluruh codec audio yang mencakup fitur pemrosesan sinyal.

Pembuat Enkode Video

Sistem encoder video akan memproses sinyal video dan mengirimkan sinyal digital ke berbagai DAC untuk menghasilkan sinyal video analog dalam berbagai format, bersama dengan pengoptimalan level keluaran. Seperti codec audio, IC ini mungkin memiliki DAC terintegrasi.

Tampilan Elektronik

Pengontrol grafis biasanya akan menggunakan tabel pencarian untuk menghasilkan sinyal data yang dikirim ke video DAC untuk keluaran analog seperti sinyal Merah, Hijau, Biru (RGB) untuk menggerakkan tampilan.

Sistem Akuisisi Data

Data yang akan diukur didigitalkan oleh Analog-to-Digital Converter (ADC) dan kemudian dikirim ke prosesor. Akuisisi data juga akan mencakup akhir kendali proses, di mana prosesor mengirimkan data umpan balik ke DAC untuk diubah menjadi sinyal analog.

Kalibrasi

DAC menyediakan kalibrasi dinamis untuk penguatan dan offset tegangan untuk akurasi dalam sistem pengujian dan pengukuran.

Kontrol Motor

Banyak kontrol motorik membutuhkan sinyal kontrol tegangan , dan DAC sangat ideal untuk aplikasi ini yang dapat digerakkan oleh prosesor atau pengontrol.

Aplikasi Kontrol Motor

Aplikasi Kontrol Motor

Sistem Distribusi Data

Banyak jalur industri dan pabrik memerlukan beberapa sumber tegangan yang dapat diprogram, dan ini dapat dihasilkan oleh bank DAC yang dimultipleks. Penggunaan DAC memungkinkan perubahan dinamis tegangan selama pengoperasian sistem.

Potensiometer Digital

Hampir semua potensiometer digital didasarkan pada arsitektur string DAC. Dengan beberapa reorganisasi array resistor / sakelar, dan penambahan antarmuka yang kompatibel dengan I2C , potensiometer digital sepenuhnya dapat diterapkan.

Perangkat Lunak Radio

DAC digunakan dengan Digital Signal Processor (DSP) untuk mengubah sinyal menjadi analog untuk transmisi di sirkuit mixer, dan kemudian ke radio penguat daya dan pemancar.

Demikian artikel ini membahas konverter digital ke analog dan aplikasinya. Kami berharap Anda mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang konsep ini. Selanjutnya, jika ada pertanyaan tentang konsep ini atau untuk melaksanakan proyek listrik dan elektronik, silakan berikan saran berharga Anda dengan berkomentar di bagian komentar di bawah ini. Ini pertanyaan untukmu, Bagaimana kita bisa mengatasi akurasi yang buruk di Binary Weighted Resistor DAC?