Por que precisamos de conversores de dados? No mundo real, a maioria dos dados está disponível na forma analógica. Temos dois tipos de conversores conversor analógico para digital e conversor digital para analógico. Durante a manipulação dos dados, essas duas interfaces de conversão são essenciais para o equipamento eletrônico digital e um dispositivo elétrico analógico que deve ser processado por um processador para produzir a operação necessária.
Por exemplo, veja a ilustração de DSP abaixo, um ADC converte os dados analógicos coletados pelo equipamento de entrada de áudio, como um microfone (sensor), em um sinal digital que pode ser processado por um computador. O computador pode adicionar efeitos sonoros. Agora, um DAC processará o sinal de som digital de volta para o sinal analógico que é usado pelo equipamento de saída de áudio, como um alto-falante.
Processamento de Sinal de Áudio
Conversor Digital para Analógico (DAC)
Conversor digital para analógico (DAC) é um dispositivo que transforma dados digitais em um sinal analógico. De acordo com o teorema de amostragem de Nyquist-Shannon, quaisquer dados amostrados podem ser reconstruídos perfeitamente com largura de banda e critérios de Nyquist.
Um DAC pode reconstruir dados amostrados em um sinal analógico com precisão. Os dados digitais podem ser produzidos a partir de um microprocessador, Circuito Integrado Específico de Aplicativo (ASIC) ou Field Programmable Gate Array (FPGA) , mas, em última análise, os dados requerem a conversão em um sinal analógico para interagir com o mundo real.
Conversor básico digital para analógico
Arquiteturas de conversor D / A
Existem dois métodos comumente usados para conversão digital para analógico: método de resistores ponderados e o outro método de rede R-2R ladder.
DAC usando o método de resistores ponderados
O diagrama esquemático mostrado abaixo é DAC usando resistores ponderados. A operação básica do DAC é a capacidade de adicionar entradas que, em última instância, corresponderão às contribuições dos vários bits da entrada digital. No domínio da tensão, isto é, se os sinais de entrada forem tensões, a adição dos bits binários pode ser realizada usando a inversão amplificador somador mostrado na figura abaixo.
Resistores binários ponderados DAC
No domínio da tensão, isto é, se os sinais de entrada forem tensões, a adição dos bits binários pode ser realizada usando o amplificador somador inversor mostrado na figura acima.
Os resistores de entrada do op-amp têm seus valores de resistência ponderados em formato binário. Quando o binário receptor 1, a chave conecta o resistor à tensão de referência. Quando o circuito lógico recebe 0 binário, a chave conecta o resistor ao aterramento. Todos os bits de entrada digital são aplicados simultaneamente ao DAC.
O DAC gera tensão de saída analógica correspondente ao sinal de dados digital fornecido. Para o DAC, a tensão digital fornecida é b3 b2 b1 b0, onde cada bit é um valor binário (0 ou 1). A tensão de saída produzida no lado da saída é
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
Conforme o número de bits aumenta na tensão de entrada digital, a faixa dos valores do resistor torna-se grande e, consequentemente, a precisão torna-se pobre.
R-2R Ladder Digital para Conversor Analógico (DAC)
O DAC de escada R-2R construído como um DAC de peso binário que usa uma estrutura em cascata de repetição de valores de resistor R e 2R. Isso melhora a precisão devido à relativa facilidade de produção de resistores com valores correspondentes iguais (ou fontes de corrente).
R-2R Ladder Digital para Conversor Analógico (DAC)
A figura acima mostra o DAC de escada R-2R de 4 bits. Para obter uma precisão de alto nível, escolhemos os valores do resistor como R e 2R. Seja o valor binário B3 B2 B1 B0, se b3 = 1, b2 = b1 = b0 = 0, então o circuito é mostrado na figura abaixo, é uma forma simplificada do circuito DAC acima. A tensão de saída é V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
Da mesma forma, se b2 = 1 e b3 = b1 = b0 = 0, então a tensão de saída é V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 e o circuito é simplificado como abaixo
Se b1 = 1 e b2 = b3 = b0 = 0, então o circuito mostrado na figura abaixo é uma forma simplificada do circuito DAC acima. A tensão de saída é V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
Finalmente, o circuito é mostrado abaixo correspondendo ao caso em que b0 = 1 e b2 = b3 = b1 = 0. A tensão de saída é V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
Desta forma, podemos descobrir que quando os dados de entrada são b3b2b1b0 (onde os bits individuais são 0 ou 1), então a tensão de saída é
Aplicações do conversor digital para analógico
Os DACs são usados em muitos aplicativos de processamento de sinal digital e muitos outros aplicativos. Algumas das aplicações importantes são discutidas abaixo.
Amplificador de áudio
Os DACs são usados para produzir ganho de tensão DC com comandos do microcontrolador. Freqüentemente, o DAC será incorporado em um codec de áudio completo que inclui recursos de processamento de sinal.
Codificador de vídeo
O sistema codificador de vídeo processará um sinal de vídeo e enviará sinais digitais para uma variedade de DACs para produzir sinais de vídeo analógico de vários formatos, juntamente com a otimização dos níveis de saída. Tal como acontece com os codecs de áudio, esses ICs podem ter DACs integrados.
Eletrônicos de exibição
O controlador gráfico normalmente usará uma tabela de pesquisa para gerar sinais de dados enviados a um DAC de vídeo para saídas analógicas, como sinais vermelho, verde, azul (RGB) para acionar um monitor.
Sistemas de Aquisição de Dados
Os dados a serem medidos são digitalizados por um conversor analógico para digital (ADC) e, em seguida, enviados para um processador. A aquisição de dados também incluirá uma extremidade de controle de processo, na qual o processador envia dados de feedback a um DAC para conversão em sinais analógicos.
Calibração
O DAC fornece calibração dinâmica para ganho e deslocamento de tensão para precisão em sistemas de teste e medição.
Controle motor
Muitos controles de motor requerem sinais de controle de tensão e um DAC é ideal para este aplicativo, que pode ser acionado por um processador ou controlador.
Aplicação de controle do motor
Sistema de Distribuição de Dados
Muitas linhas industriais e de fábrica exigem várias fontes de tensão programáveis e isso pode ser gerado por um banco de DACs que são multiplexados. O uso de um DAC permite a mudança dinâmica de tensões durante a operação de um sistema.
Potenciômetro Digital
Quase tudo potenciômetros digitais baseiam-se na arquitetura DAC de string. Com alguma reorganização da matriz de resistor / chave e a adição de uma interface compatível com I2C , um potenciômetro totalmente digital pode ser implementado.
Software de Rádio
Um DAC é usado com um Processador de Sinal Digital (DSP) para converter um sinal em analógico para transmissão no circuito do mixer e, em seguida, para o rádio amplificador de potência e transmissor.
Assim, este artigo discute conversor digital para analógico e suas aplicações. Esperamos que você tenha entendido melhor este conceito. Além disso, qualquer dúvida sobre este conceito ou para implementar projetos elétricos e eletrônicos, por favor, dê suas valiosas sugestões, comentando na seção de comentários abaixo. Aqui está uma pergunta para você, Como podemos superar a baixa precisão do Resistor Binário Ponderado DAC?
