ทำไมเราต้องใช้ DAC ICs

โปรดดูแผนผังด้านล่าง นี่คือแอดเดอร์ตัวต้านทานที่ง่ายมากที่ทำงานได้ดีกับมาตรฐานใด ๆ ! (TTL, CMOS, ... ) หรือแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนเข้ามา ในขณะที่ไม่มีองค์ประกอบที่ใช้งานอยู่มันเร็วมาก มันทำจากตัวต้านทานเพียงไม่กี่ตัวดังนั้นมันจึงถูกมาก ในทางกลับกันไม่มีข้อ จำกัด สำหรับจำนวนบิตอินพุต (สามารถขยายได้อย่างง่ายดายถึง 32, 64 หรือร้อยบิต)

ดังนั้นทำไมเราต้องใช้ DAC ICs ฉันกำลังมองหา DAC ความถี่สูง 32 บิต อุปกรณ์ดังกล่าวไม่พบได้ง่ายและหากพบว่ามีราคาค่อนข้างแพง ฉันหมายถึงอะไรคือข้อดีที่ฉันควรจ่ายสำหรับการค้นหาอุปกรณ์ดังกล่าว ฉันคิดว่าต้องมีข้อได้เปรียบบางอย่างที่พวกเขาควรซื้อ สิ่งเดียวที่ฉันคิดได้ก็คือการขยายสัญญาณโดยธรรมชาติ (เช่น TTL -> 10V หรือมากกว่านั้น) แต่เป้าหมายนี้สามารถทำได้โดยการขยายสัญญาณทุกชนิด

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

voltage-divider dac

— สิงหาคม
แหล่งที่มา

"... ไม่มีข้อ จำกัด เกี่ยวกับจำนวนบิต" ไม่ถูกต้อง. ทำการวิเคราะห์ข้อผิดพลาด ลองคิดดู ตัวต้านทานเหล่านั้นต้องแม่นยำเพียงใดที่จะรองรับหมายเลข 32 บิตที่คุณสมมุติ ตัวต้านทาน 1% ยังไม่ดีถึง 7 บิต

— Olin Lathrop

คำตอบ:

สิ่งที่คุณมีคือสิ่งที่เป็นที่รู้จักในวงการในฐานะ R-2R DAC ซึ่งเป็นหนึ่งในหลาย ๆ ประเภทที่ใช้โทโพโลยีของตัวแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นอะนาล็อก คุณได้ตอบคำถามของคุณเอง: ทำไมเราต้อง DAC เมื่อเรามีโทโพโลยี DAC นี้ เพราะมันเป็น DAC!

R-2R DACs หมดจดด้วยตัวเองไม่ดีเท่าวัตถุประสงค์ทั่วไปดิจิตอลแปลงอนาล็อก ความต้านทานเอาต์พุตของ R-2R DAC นั้นสูงมากซึ่งหมายความว่าแบนด์วิดท์จะถูก จำกัด อย่างรวดเร็วมาก แม้แต่ความจุ picofarads เพียงไม่กี่สิบตัวบนเอาต์พุตจะลดแบนด์วิดท์ที่มีประสิทธิภาพและเพิ่มเวลาในการตกตะกอนให้กับภูมิภาค MHz และนี่เป็นความจริงที่เท่าเทียมกันถ้าคุณบัฟเฟอร์เอาต์พุตด้วยตัวติดตาม opamp - opamp ที่ตัดแต่งอย่างดีไม่ได้มาในความจุอินพุต sub-pF และการลดความต้านทานของบันได R-2R จะเพิ่มการใช้พลังงานอย่างรวดเร็วจนถึงจุดที่สูง . อย่าเข้าใจฉันผิดแบนด์วิดท์สูง R-2R DACs ในตลาดมี แต่ชิปเหล่านี้เป็นชนิดของชิปที่คุณพบในเครื่องกำเนิดสัญญาณรูปคลื่นตามอำเภอใจในขอบเขตและมีฮีทซิงค์และพัดลมอยู่ด้านบน .

มีการแลกเปลี่ยนอื่น ๆ ที่คุณสามารถทำกับทอปอโลยี DAC อื่น ๆ ได้ ตัวอย่างเช่น delta-sigma DACs ไม่ต้องมีบัฟเฟอร์ความแม่นยำเอาต์พุต opamp และสามารถขยายไปที่ความลึกบิตสูงมาก (24-32 บิต) ที่ R-2R - เนื่องจากเกณฑ์บัฟเฟอร์เอาต์พุต - seldomly เกิน 12 บิต . การประมาณแบบต่อเนื่องเป็นทอพอโลยีอื่นที่ใช้ซึ่งมีตัวอย่างและค้างไว้ที่เอาต์พุตที่สามารถขับเคลื่อนด้วยความต้านทานต่ำมาก (เหตุผลเดียวที่ว่าทำไม ADC ของ SAR AD ในทางกลับกันอาจมีความต้านทานอินพุตสูงมาก)

— user36129
แหล่งที่มา

ปัญหาใหญ่ของ R-2R คือเกินกว่าสองสามบิตตัวต้านทานจะต้องจับคู่อย่างแม่นยำมากขึ้นกว่าตัวต้านทานที่มีอยู่และสัญญาณดิจิตอลที่ขับจะต้องมีคุณสมบัติที่จับคู่ได้อย่างแม่นยำมาก ทั้งคู่สร้าง R-2R ด้วยองค์ประกอบที่ไม่ต่อเนื่องเกินกว่า 8 บิต

— Wouter van Ooijen

@WoutervanOoijen: จริง ๆ แล้วบันได R2R นั้นดีมากในการสร้างสัญญาณที่มีบิตจำนวนมากโดยไม่มีการจับคู่ตัวต้านทานใด ๆ แม้ว่าตัวต้านทานที่เลวร้ายที่สุดในโลกรหัสก็ยังคงเป็นแบบโมโนโพนิค (ต่อบิต) คุณได้รับการแก้ไขมากมาย แต่เนื่องจากปัญหาข้างต้นที่มีการจับคู่คุณจะได้รับความแม่นยำและความแม่นยำที่น่ากลัว นี่คือเหตุผลที่ DACs เสียง 16/24 บิตมีอยู่ในรุ่น R2R (เช่นเดียวกับเสียงรบกวนต่ำที่ยอดเยี่ยม) แต่ไม่มีใครในใจที่ถูกต้องของพวกเขาจะใช้มันเป็น DAC ที่แม่นยำ

— user36129

ยอมแพ้ใน 32 บิตเพราะที่สอดคล้องกับช่วงอนาล็อกแบบไดนามิก 192dB และคุณสามารถค้นหา DACs "เบสแบนด์" ที่มีมากมาย: analog.com/en/digital-to-analog-converters/ อนาล็อก

— pjc50

มันไม่เป็นความจริงที่ R-2R DACs เป็น "แบบโมโนโทนโดยเนื้อแท้" โดยไม่คำนึงถึงการจับคู่ตัวต้านทาน มันเป็นเรื่องเล็กน้อยที่จะสร้างตัวอย่าง นอกจากนี้ผลลัพธ์ที่ไม่ตรงกันก็คืออาร์

— เดฟทวีด

analog.com/library/analogdialogue/archives/44-04/ad5791.pdfแอปพลิเคชันแบบแอนะล็อกเกี่ยวกับความยากลำบากในการรับ 20 บิตที่มีความหมายเพียง 1MHz ใช่มันเป็นบันได R-2R - บนชิปพร้อมการควบคุมกระบวนการอย่างระมัดระวังจากโรงงานและการตัดแต่ง

— pjc50

สิ่งที่คุณมีมีเรียกว่าบันไดตัวต้านทาน R2R ไอซีที่คุณสามารถซื้อได้นั้นมีเครือข่ายภายในเช่นกัน แต่เนื่องจากมีการรวมเข้าด้วยกันจึงง่ายต่อการรับประกันความถูกต้อง ดูรายการ Wikipediaว่าเหตุใดจึงสำคัญที่ต้องมีค่าตัวต้านทานที่แน่นอน ฉันว่ามันแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะบรรลุความแม่นยำของวงจรรวมกับฮาร์ดแวร์ที่แยกออกมา

DAC จำนวนมากยังมีอินเตอร์เฟสแบบอนุกรมดังนั้นคุณไม่จำเป็นต้องใช้พินจำนวนมากจาก MCU เพื่อใช้งาน

— Geier
แหล่งที่มา

ขนาดเทียบกับบิตของความละเอียด (ขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรม)
พลังงาน comsumption (แฝงยังขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรม)
ผลกระทบของการโหลด (อิมพีแดนซ์อินพุต / เอาต์พุต)
ระดับขั้นตอนการทำ Quantization
ความแม่นยำ
ความถูกต้อง
สัญญาณรบกวน
แบนด์วิดท์ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ (ดูเอฟเฟ็กต์โหลด)
องค์ประกอบที่สำคัญมากเกินไป ...

— jsrmalvarez
แหล่งที่มา

สิ่งนี้จะดีกว่าถ้ามีสิ่งที่ตอบคำถามไว้ล่วงหน้า (เช่นรายการนี้มีไว้เพื่ออะไรเหตุผลในการมี DACs หรือไม่เหตุผลที่เครือข่าย R2R ไม่เหมาะสำหรับทุกสถานการณ์?)

— JYelton