Dlaczego powinniśmy potrzebować układów DAC?

12

Proszę spojrzeć na poniższy schemat. Jest to bardzo prosty dodatek rezystancyjny, który działa dobrze z każdym standardem! (TTL, CMOS, ...) lub dowolne napięcie, które jest do niego doprowadzane. Z drugiej strony, ponieważ nie ma w nim aktywnego składnika, jest niezwykle szybki. Jest zrobiony z kilku oporników, więc jest bardzo tani. Z drugiej strony nie ma ograniczenia liczby bitów wejściowych (można je łatwo rozszerzyć do 32, 64 lub setek bitów).

Dlaczego więc potrzebujemy układów DAC? Szukam 32-bitowego przetwornika wysokiej częstotliwości. Takie urządzenia nie są łatwe do znalezienia, a jeśli zostaną znalezione, są raczej drogie. Mam na myśli, za jaką korzyść powinienem zapłacić, aby znaleźć takie urządzenia? Myślę, że musi być pewna zaleta, że ​​warto je kupić. Jedyne, o czym mogę myśleć, to ich nieodłączne wzmocnienie (na przykład TTL -> 10 V lub więcej), ale cel ten można po prostu osiągnąć za pomocą dowolnego rodzaju wzmocnienia.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Sierpnia
źródło
11
„... nie ma ograniczenia liczby bitów”. Źle. Wykonaj analizę błędów. Pomyśl o tym. Jak dokładny musi być ten opornik, aby obsługiwać hipotetyczną liczbę 32-bitową? Rezystory 1% nie są nawet dobre do 7 bitów.
Olin Lathrop

Odpowiedzi:

18

To, co masz, to tak zwane przetworniki cyfrowo-analogowe R-2R, jeden z wielu różnych rodzajów często stosowanych topologii przetworników cyfrowo-analogowych. Odpowiedziałeś na własne pytanie: dlaczego potrzebujemy przetworników D / A, skoro mamy taką topologię przetworników DAC? Ponieważ to jest przetwornik cyfrowo-analogowy!

Przetworniki cyfrowo-analogowe R-2R same w sobie nie są świetne jako uniwersalne przetworniki cyfrowo-analogowe. Impedancja wyjściowa przetwornika cyfrowo-analogowego R-2R jest bardzo wysoka, co oznacza, że ​​przepustowość będzie szybko bardzo ograniczona. Nawet kilkadziesiąt pojemności pikofaradów na wyjściu zmniejszy efektywną szerokość pasma i wydłuży czas osiadania w regionie MHz. Jest to również prawdą, jeśli buforujesz wyjście za pomocą popampa - dobrze przycięte opampy nie występują w pojemnościach wejściowych poniżej pF, a zmniejszenie rezystancji drabinkowych R-2R szybko zwiększa zużycie energii do punktu, w którym jest niedopuszczalnie wysokie . Nie zrozumcie mnie źle, na rynku dostępne są super-szerokopasmowe przetworniki D / R R-2R, ale są to układy, które można znaleźć w dowolnych generatorach fal w niektórych zakresach, a na nich mają trochę radiatora i wentylatora .

Istnieją inne kompromisy, które możesz zrobić z innymi topologiami DAC. Na przykład przetworniki cyfrowo-analogowe typu delta-sigma nie muszą mieć precyzyjnego wyjściowego bufora opamp, a zatem mogą zostać rozszerzone na bardzo duże głębokości bitów (24-32 bity), gdzie R-2R - ze względu na kryterium buforowania wyjściowego - rzadko przekracza 12-bit . Kolejna aproksymacja to kolejna stosowana topologia, która z natury ma próbkę i trzymaj na wyjściu, którą można sterować z wyjątkowo niską impedancją (ten sam powód, dla którego ADC odwrotnie mogą mieć bardzo wysoką impedancję wejściową).

użytkownik36129
źródło
8
Dużym problemem związanym z R-2R jest to, że dla kilku bitów rezystory muszą być dopasowane dokładniej niż dostępne rezystory, a cyfrowe sygnały sterujące również muszą mieć bardzo dokładnie dopasowane właściwości. Oba sprawiają, że R-2R z dyskretnymi komponentami jest niepraktyczny poza, powiedzmy, 8 bitów.
Wouter van Ooijen
3
@WoutervanOoijen: w rzeczywistości drabiny R2R są bardzo dobre w generowaniu sygnałów z dużą ilością bitów bez dopasowania rezystora. Nawet przy najgorszych opornikach na świecie kod nadal zawsze będzie zasadniczo monotoniczny (na bit). Dostajesz mnóstwo rozdzielczości, ale z powodu wyżej wspomnianych problemów z dopasowywaniem zyskujesz straszliwą precyzję i dokładność. Właśnie dlatego 16/24-bitowe przetworniki cyfrowo-analogowe istnieją w wariancie R2R (również ze względu na ich doskonałą charakterystykę niskiego szumu), ale nikt przy zdrowych zmysłach nie użyłby go jako precyzyjnego przetwornika.
user36129,
4
Zrezygnuj z 32 bitów, ponieważ odpowiada to dynamicznemu zakresowi analogowemu 192dB i możesz znaleźć wiele przetworników DAC „ pasmowych
pjc50
2
Nie jest prawdą, że przetworniki cyfrowo-analogowe R-2R są „z natury monotoniczne” bez względu na dopasowanie rezystora. Konstruowanie kontrprzykładu jest banalne. Imepdeancja wyjściowa wynosi dokładnie R.
Dave Tweed
3
analog.com/library/analogdialogue/archives/44-04/ad5791.pdf Notka aplikacji analogowej na temat trudności w uzyskaniu 20 znaczących bitów, przy częstotliwości 1 MHz. Tak, to drabina R-2R - na chipie, z dokładną kontrolą procesu produkcji i przycinaniem.
pjc50,
4

To, co tam masz, nazywa się drabinką z rezystorem R2R. Układy scalone, które można kupić, również mają taką sieć wewnętrznie, ale ponieważ jest ona zintegrowana, znacznie łatwiej jest zagwarantować dokładność. Zobacz wpis w Wikipedii, dlaczego tak ważne jest, aby mieć dokładne wartości rezystorów. Powiedziałbym, że osiągnięcie dokładności układów scalonych za pomocą dyskretnego sprzętu jest prawie niemożliwe.

Również wiele przetworników DAC ma interfejsy szeregowe, więc nie potrzebujesz tylu pinów z MCU, aby z nich korzystać.

Geier
źródło
1
  • Rozmiar vs bity rozdzielczości (zależy od architektury)
  • Zużycie energii (pasywne, zależy również od architektury)
  • Efekty obciążenia (impedancja wejściowa / wyjściowa)
  • Poziom kroków kwantyzacji zależy od podłączonych urządzeń (patrz efekty obciążenia)
  • Precyzja
  • Precyzja
  • Hałas
  • Przepustowość zależy od podłączonych urządzeń (patrz efekty obciążenia)
  • Zbyt wiele krytycznych komponentów ...
jsrmalvarez
źródło
Byłoby lepiej, gdyby poprzedzony czymś, co odpowiedziało na pytanie. (tj. Do czego służy ta lista? Powody posiadania przetworników cyfrowo-analogowych? Powody, dla których sieci R2R nie są idealne do wszystkich sytuacji?)
JYelton,