Mengapa kita perlu IC DAC?

12

Silakan lihat skema di bawah ini. Ini adalah penambah resistif yang sangat sederhana yang bekerja dengan baik dengan standar apa pun! (TTL, CMOS, ...) atau tegangan arbitrer apa pun yang dimasukkan ke dalamnya. Di sisi lain karena tidak ada komponen aktif di dalamnya, itu sangat cepat. Itu hanya terbuat dari beberapa resistor, jadi sangat murah. Di sisi lain tidak ada batasan untuk jumlah bit input (dapat dengan mudah diperluas menjadi 32, 64 atau ratusan bit).

Jadi, mengapa kita perlu IC DAC? Saya mencari DAC frekuensi tinggi 32-bit. Perangkat seperti itu tidak mudah ditemukan dan juga jika ditemukan, harganya agak mahal. Maksud saya Apa keuntungan yang harus saya bayar untuk menemukan perangkat seperti itu? Saya pikir pasti ada beberapa keuntungan yang layak dibeli. Satu-satunya hal yang dapat saya pikirkan adalah amplifikasi bawaan mereka (misalnya TTL -> 10V atau lebih), tetapi tujuan ini hanya dapat dicapai dengan segala jenis amplifikasi.

masukkan deskripsi gambar di sini

voltage-divider dac Agustus
sumber
11
"... tidak ada batasan pada jumlah bit". Salah. Lakukan analisis kesalahan. Pikirkan tentang itu. Seberapa akurat perlunya resistor tersebut untuk mendukung nomor 32 bit hipotetis Anda? 1% resistor bahkan tidak bagus untuk 7 bit.
Olin Lathrop

Jawaban:

18

Apa yang Anda miliki di sana adalah apa yang dikenal di lapangan sebagai R-2R DAC, salah satu dari banyak jenis topologi konverter digital-ke-analog yang sering digunakan. Anda telah menjawab pertanyaan Anda sendiri: mengapa kita membutuhkan DAC ketika kita memiliki topologi DAC ini? Karena itu adalah DAC!

R-2R DAC semata-mata tidak bagus sebagai konverter digital ke analog. Impedansi keluaran R-2R DAC sangat tinggi, yang berarti bahwa bandwidth akan cepat sangat terbatas. Bahkan beberapa puluh picofarads kapasitansi pada output akan mengurangi bandwidth efektif dan meningkatkan waktu penyelesaian ke wilayah MHz. Dan ini sama benarnya jika Anda buffer output dengan pengikut opamp - opamps yang dipangkas dengan baik tidak datang dalam kapasitansi input sub-pF, dan mengurangi resistensi tangga R-2R dengan cepat meningkatkan konsumsi daya ke titik di mana ia sangat tinggi . Jangan salah, ada bandwidth DAC R-2R bandwidth super tinggi di pasaran, tetapi ini adalah jenis chip yang Anda temukan di generator gelombang sewenang-wenang di beberapa cakupan, dan mereka memiliki sedikit heatsink dan kipas di atasnya .

Ada pengorbanan lain yang dapat Anda lakukan dengan topologi DAC lainnya. Sebagai contoh, delta-sigma DAC tidak memiliki opamp output buffer presisi dan dengan demikian dapat diperluas ke kedalaman bit yang sangat tinggi (24-32 bit), di mana R-2R - karena kriteria buffering output - jarang melampaui 12-bit . Perkiraan yang berurutan adalah topologi lain yang digunakan, yang secara inheren memiliki sampel-dan-tahan pada output yang dapat digerakkan dengan impedansi sangat rendah (alasan yang sama mengapa sebaliknya ADC SAR dapat memiliki impedansi input yang sangat tinggi).

pengguna36129
sumber
8
Masalah besar dengan R-2R adalah bahwa untuk lebih dari beberapa bit resistor harus dicocokkan lebih akurat daripada resistor yang tersedia, dan sinyal digital penggerak juga harus memiliki sifat yang sangat cocok. Keduanya membuat R-2R dengan komponen diskrit tidak praktis di luar misalkan 8 bit.
Wouter van Ooijen
3
@WoutervanOoijen: sebenarnya, tangga R2R sangat baik dalam menghasilkan sinyal dengan banyak bit tanpa pencocokan resistor. Bahkan dengan resistor terburuk di dunia kodenya akan tetap secara fundamental monoton (per bit). Anda mendapatkan banyak dan banyak resolusi, tetapi karena masalah yang disebutkan di atas dengan pencocokan, Anda mendapatkan presisi dan akurasi yang mengerikan. Inilah sebabnya mengapa 16/24-bit audio DAC memang ada dalam varian R2R (juga untuk karakteristik noise rendah yang sangat baik), tetapi tidak ada orang waras yang akan menggunakannya sebagai DAC presisi.
user36129
4
Menyerah pada 32 bit, karena yang sesuai dengan 192dB rentang analog dinamis, dan Anda dapat menemukan banyak "baseband" DAC: analog.com/en/digital-to-analog-converters/...
pjc50
2
Tidak benar bahwa R-2R DAC adalah "inheren monoton" terlepas dari pencocokan resistor. Sangat sepele untuk membuat contoh tandingan. Juga, kedekatan outputnya persis R.
Dave Tweed
3
analog.com/library/analogdialogue/archives/44-04/ad5791.pdf Catatan aplikasi analog tentang kesulitan mencapai 20 bit bermakna, hanya 1MHz. Ya, ini adalah tangga R-2R - pada sebuah chip, dengan kontrol proses pabrik yang cermat dan pemangkasan.
pjc50
4

Apa yang Anda miliki di sana disebut R2R-resistor ladder. IC yang dapat Anda beli juga memiliki jaringan seperti itu secara internal, tetapi karena terintegrasi, jauh lebih mudah untuk menjamin keakuratannya. Lihat entri Wikipedia mengapa sangat penting untuk memiliki nilai resistor yang tepat. Saya akan mengatakan bahwa hampir tidak mungkin untuk mencapai akurasi sirkuit terintegrasi dengan perangkat keras terpisah.

Juga banyak DAC memiliki antarmuka serial, jadi Anda tidak perlu pin dari MCU untuk menggunakannya.

Geier
sumber
1
  • Ukuran vs bit resolusi (tergantung arsitekturnya)
  • Konsumsi daya (pasif, juga tergantung pada arsitektur)
  • Efek beban (impedansi input / output)
  • Langkah-langkah kuantisasi tergantung pada level perangkat yang terhubung (lihat efek beban)
  • Presisi
  • Ketepatan
  • Kebisingan
  • Bandwidth tergantung pada perangkat yang terhubung (lihat efek beban)
  • Terlalu banyak komponen kritis ...
jsrmalvarez
sumber
Ini akan lebih baik jika diawali dengan sesuatu yang menjawab pertanyaan. (mis. Untuk apa daftar ini? Alasan memiliki DAC? Alasan jaringan R2R tidak ideal untuk semua situasi?)
JYelton