Wie man einen DAC für die Wellenformgenerierung auswählt

Wenn Sie sich die Spezifikationen von MCU/SoC ansehen, sehen Sie nicht immer DACs als hervorgehobenes Merkmal aufgelistet. Ich bin mir nicht sicher, wann der DAC den Beliebtheitswettbewerb gegenüber seinem Cousin, dem ADC, verloren hat, aber das Ergebnis ist, dass ein DAC oft als separates Bauteil ausgewählt werden muss. Es gibt viele Ratschläge zur Auswahl von ADCs für verschiedene Anwendungen, Datenraten und Bandbreiten. Im Gegensatz dazu konzentrieren sich die meisten Ratschläge zur Auswahl eines DACs, die ich gesehen habe, auf die Audiowiedergabe. Wenn Sie für Bereiche wie industrielle Automatisierung, integrierte Test- und Messgeräte, softwaredefiniertes Radio oder andere spezielle analoge Anwendungen entwerfen, sollten Sie folgendes berücksichtigen, wenn Sie einen DAC auswählen.

Auswahlkriterien für DAC vs. ADC

ADC- und DAC-Prozesse sind invers zueinander, aber beide Prozesse und beide Arten von Wandlern sind wichtig für die Schnittstelle zwischen der digitalen und analogen Welt. Obwohl die Spezifikationen für jeden Umwandlungsprozess im richtigen Kontext betrachtet werden müssen, gelten viele der gleichen Spezifikationen für beide Prozesse. Es gibt sogar einige Standardtricks, die verwendet werden, um eine rauscharme Erfassung und Wiedergabe von analogen Signalen zu gewährleisten, die für die Auswahl eines DACs anwendbar sind.

Wenn Sie gut darin sind, ADCs auszuwählen, sind Sie wahrscheinlich auch gut darin, DACs auszuwählen. Ein gründliches Verständnis des Nyquist-Theorems (auch bekannt als Abtasttheorem) ist ein wichtiger Ausgangspunkt, um zu lernen, wie man einen DAC auswählt. Wenn Sie Dinge in Bezug auf die Nyquist-Frequenz und ihre Beziehung zur Datenrate denken können, dann sind Sie auf dem besten Weg, einen DAC auszuwählen. Lassen Sie uns die relevanten Spezifikationen bei der Auswahl eines DACs betrachten und wie sie die Leistung der Wellenformgenerierung beeinflussen.

DAC-Spezifikationen für die Wellenformgenerierung

Die Spezifikationen, die die Wellenformgenerierung steuern, ähneln denen, die für einen ADC benötigt werden. Hier sind einige der wichtigen Spezifikationen, die Sie bei der Auswahl eines DACs für diese Aufgaben der Wellenformgenerierung berücksichtigen sollten:

• Schnittstelle. Sie müssen Daten in Ihren DAC eingeben, um ein analoges Signal zu erzeugen. Typische Schnittstellen sind SPI für serielle Eingabe, parallel oder PWM.

• Auflösung und Monotonie. Die Auflösung bestimmt sowohl das Rauschniveau, das ein DAC tolerieren kann, als auch die Genauigkeit der analogen Signalwiedergabe. Monotonie ist eine damit zusammenhängende Genauigkeitsspezifikation, die die Fähigkeit des DAC definiert, einen analogen Ausgang beizubehalten, der der Richtung der Eingabedaten folgt. Der DAC-Ausgang sollte nicht nach oben springen, bevor er nach unten tendiert, wenn das Eingangsniveau sinkt.

• Abtastrate. Alle DACs und ADCs haben eine durch die Abtastrate definierte Bandbreite. Die Abtastrate bestimmt die maximale Frequenz, die genau reproduziert werden kann (Nyquist-Frequenz). Jedoch führt der Impulszug, der in einem DAC verwendet wird, zusätzlichen Frequenzinhalt über die Bandbreite hinaus ein, wie sie durch die Abtastrate definiert ist. Daher ist die Bandbreite für einen DAC nicht gut definiert; ich werde dies unten genauer betrachten.

• Dynamikbereich. Alle analogen Komponenten haben einen gut definierten Dynamikbereich (gemessen in dB). Dies spezifiziert den Unterschied zwischen den maximalen und minimalen Ausgangssignalpegeln.

Die zwei wichtigsten Spezifikationen bei der Auswahl eines DAC für die Wellenformgenerierung sind Auflösung und Abtastrate, da diese die Grundlage für die Genauigkeit des rekonstruierten Signals bilden. Beachten Sie, dass Abtastraten bei hochwertigen DAC viele Gsps erreichen können. Diese Spezifikationen müssen dann mit der Bandbreite des rekonstruierten Signals verglichen werden, um eine genaue Regeneration eines analogen Signals zu gewährleisten. Aufgrund des Signalrekonstruktionsprozesses ist jedoch zusätzliche Schaltungstechnik für eine genaue Signalrekonstruktion erforderlich, die in ADC-Schaltungen nicht vorhanden ist.

Spurious Images in DAC-Wellenformgenerierung

Obwohl ADCs und DACs inverse Prozesse durchführen, reproduzieren sie nicht genau die gleichen Wellenformen. Die Ungenauigkeit in einem analogen Signal, die bei einem Digital-Analog-Umwandlungsprozess eingeführt wird, wird unten gezeigt. Aufgrund der Quantisierung des rekonstruierten analogen Signals weist das Ausgangssignal eines DAC einige Signale auf, die bei höheren Frequenzen als der Nyquist-Frequenz erscheinen.

In dem oben gezeigten Bild ist die Sinc-Hülle am DAC-Ausgang auf die Verwendung eines Impulszuges für die Signalregeneration zurückzuführen, der ein Sinc-Leistungsspektrum hat. Die Verwendung eines Impulszuges erzeugt höherwertige Bilder des rekonstruierten analogen Signals; denken Sie an diese Bilder als höherwertige Harmonische des Fourier-Spektrums des rekonstruierten analogen Signals. Die Amplitude dieser Bilder wird durch eine Sinc-Hülle gewichtet, wie oben gezeigt.

Oversampling

Genau wie Oversampling bei einem ADC das Rauschen über eine größere Bandbreite verteilt und den gesamten Rauschpegel reduziert, verteilt Oversampling den Bildinhalt über eine höhere Bandbreite, wie oben gezeigt. Mit anderen Worten, die Verwendung einer höheren Abtastrate schiebt Bilder des rekonstruierten Signals auf höhere Frequenzen. Dies erleichtert die Anforderungen an die Filterung des Ausgangssignals, da ein Filter niedrigerer Ordnung für die Glättung verwendet werden kann.

Filterung

Um Bilder zu entfernen, müssen Sie das ausgegebene analoge Signal durch einen Tiefpass- oder Bandpassfilter mit hohem Abfall führen. Der obere Grenzwert sollte nahe am Rand der gewünschten Bandbreite liegen, um unerwünschte Bilder zu unterdrücken. Hochwertige aktive Filter können als ICs mit Standardformfaktor gekauft oder ein Filter kann aus diskreten Komponenten entworfen werden. Der gesamte Prozess, der bei der Wellenformgenerierung in Sampling und Filterung involviert ist, wird unten gezeigt.

Weitere Komponenten für die analoge Signalverarbeitung

Wenn Sie nach einem DAC suchen, finden Sie eine Reihe von Komponenten von großen Herstellern. Die Bitauflösung bei diesen Komponenten ist in der Regel größer als die, die bei ADCs mit ähnlichen Abtastraten verwendet wird, obwohl diese beiden Komponenten das gleiche Signal genau abtasten und reproduzieren könnten. Dies liegt an der Verwendung von Dithering bei modernen ADCs, um eine geringe Auflösung künstlich zu kompensieren und die Abtastgenauigkeit bei der Rekonstruktion zu erhöhen.

Wenn Sie mit analogen Signalverarbeitungssystemen arbeiten, gibt es viele andere wichtige Komponenten, die Sie für die Signalakquisition, -manipulation und -rekonstruktion benötigen. Hier sind einige andere Komponenten, die Sie für Ihr System benötigen könnten:

• DSP-Integrierte Schaltkreise

• Ein MCU oder FPGA

• Passive Komponenten

Das Erlernen der Auswahl eines DAC ist der erste Schritt zur genauen Wellenformgenerierung und Signalrekonstruktion, und Sie können eine Reihe von Komponenten für Ihr neues Produkt mit den fortgeschrittenen Such- und Filterfunktionen in Octopart finden. Wenn Sie die Elektronik-Suchmaschine von Octopart nutzen, haben Sie Zugriff auf aktuelle Distributorenpreisdaten, Teilebestände und Teilespezifikationen, und das alles ist frei zugänglich in einer benutzerfreundlichen Schnittstelle. Werfen Sie einen Blick auf unsere Seite mit DAC-Integrierten Schaltkreisen, um die Komponenten zu finden, die Sie benötigen.

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