Comment choisir un DAC pour la génération de formes d'onde

Lorsque vous regardez les spécifications des MCU/SoC, vous ne voyez pas toujours les DACs listés comme une caractéristique importante. Je ne suis pas sûr de savoir quand le DAC a perdu le concours de popularité face à son cousin l'ADC, mais le résultat est qu'un DAC doit souvent être choisi comme un composant séparé. Il y a beaucoup de conseils sur le choix des ADCs pour différentes applications, taux de données et bande passante. En revanche, la plupart des conseils sur comment choisir un DAC que j'ai vus se concentrent sur la reproduction audio. Si vous concevez pour des domaines comme l'automatisation industrielle, l'équipement intégré de test et de mesure, la radio définie par logiciel ou d'autres applications analogiques spécialisées, voici ce que vous devriez considérer lors de la sélection d'un DAC.

Critères de sélection DAC vs. ADC

Les processus ADC et DAC sont inverses l'un de l'autre, mais les deux processus et les deux types de convertisseurs sont importants pour l'interface entre les mondes numérique et analogique. Bien que les spécifications pour chaque processus de conversion doivent être considérées dans le bon contexte, de nombreuses spécifications s'appliquent dans les deux processus. Il existe même quelques astuces standard qui sont utilisées pour assurer l'acquisition et la reproduction à faible bruit des signaux analogiques qui sont applicables à la sélection du DAC.

Si vous êtes bon pour choisir des ADCs, vous êtes probablement aussi bon pour choisir des DACs. Une compréhension approfondie du théorème de Nyquist (également connu sous le nom de théorème d'échantillonnage) est un point de départ important lorsque vous apprenez comment choisir un DAC. Si vous pouvez penser aux choses en termes de fréquence de Nyquist et de sa relation avec le taux de données, alors vous êtes bien parti pour choisir un DAC. Examinons les spécifications pertinentes dans la sélection du DAC et comment elles affectent la performance de la génération de forme d'onde.

Spécifications du DAC pour la génération de forme d'onde

Les spécifications qui régissent la génération de forme d'onde sont similaires à celles nécessaires pour un ADC. Voici quelques-unes des spécifications importantes à considérer lors de la sélection d'un DAC pour ces tâches de génération de forme d'onde :

• Interface. Vous aurez besoin d'entrer des données dans votre DAC pour générer un signal analogique. Les interfaces typiques sont SPI pour l'entrée série, parallèle ou PWM.

• Résolution et monotonie. La résolution détermine à la fois le niveau de bruit qu'un DAC peut tolérer et la précision de la reproduction du signal analogique. La monotonie est une spécification de précision liée qui définit la capacité du DAC à maintenir une sortie analogique qui suit la direction des données d'entrée. La sortie du DAC ne devrait pas augmenter brusquement avant de tendre vers le bas lorsque le niveau d'entrée diminue.

• Taux d'échantillonnage. Tous les DACs et ADCs ont une bande passante qui est définie par le taux d'échantillonnage. Le taux d'échantillonnage détermine la fréquence maximale qui peut être reproduite avec précision (fréquence de Nyquist). Cependant, le train d'impulsions utilisé dans un DAC introduit un contenu de fréquence supplémentaire au-delà de la bande passante telle que définie par le taux d'échantillonnage. Par conséquent, la bande passante n'est pas bien définie pour un DAC ; j'examinerai cela plus en détail ci-dessous.

• Plage dynamique. Tous les composants analogiques ont une plage dynamique bien définie (mesurée en dB). Cela spécifie la différence entre les niveaux de signal de sortie maximum et minimum.

Les deux principales spécifications impliquées dans le choix d'un DAC pour la génération de formes d'onde sont la résolution et le taux d'échantillonnage, car ce sont les fondements de la précision du signal reconstruit. Notez que les taux d'échantillonnage peuvent atteindre plusieurs Géch/s dans les DAC haut de gamme. Ces spécifications doivent ensuite être comparées à la bande passante du signal reconstruit pour garantir une régénération précise d'un signal analogique. Cependant, en raison du processus de reconstruction du signal, un circuit supplémentaire est nécessaire pour une reconstruction précise du signal, ce qui n'est pas trouvé dans les circuits ADC.

Images Parasites dans la Génération de Formes d'Onde DAC

Bien que les ADC et les DAC effectuent des processus inverses, ils ne reproduisent pas exactement les mêmes formes d'onde. L'inexactitude dans un signal analogique introduite dans un processus de conversion numérique-analogique est montrée ci-dessous. En raison de la quantification du signal analogique reconstruit, le signal de sortie d'un DAC présente des images de signal qui apparaissent à des fréquences plus élevées que la fréquence de Nyquist. 

Dans l'image ci-dessus, l'enveloppe sinc sur la sortie DAC est due à l'utilisation d'un train d'impulsions pour la régénération du signal, qui a un spectre de puissance sinc. L'utilisation d'un train d'impulsions génère des images d'ordre supérieur du signal analogique reconstruit ; pensez à ces images comme contenant des harmoniques d'ordre supérieur du spectre de Fourier du signal analogique reconstruit. L'amplitude de ces images est pondérée par une enveloppe sinc, comme montré ci-dessus.

Suréchantillonnage

Tout comme le suréchantillonnage étale le bruit sur une bande passante plus large et réduit le plancher de bruit global dans un ADC, le suréchantillonnage étale le contenu de l'image sur une bande passante plus élevée, comme montré ci-dessus. En d'autres termes, l'utilisation d'un taux d'échantillonnage plus élevé pousse les images du signal reconstruit vers des fréquences plus élevées. Cela facilite les exigences de filtrage du signal de sortie car un filtre d'ordre inférieur peut être utilisé pour le lissage.

Filtrage

Pour éliminer les images, vous devez faire passer le signal analogique de sortie à travers un filtre passe-bas ou passe-bande avec une forte pente. La coupure haute doit être proche du bord de la bande passante souhaitée pour supprimer toute image indésirable. Filtres actifs d'ordre supérieur peuvent être achetés sous forme de CI avec un format standard, ou un filtre peut être conçu à partir de composants discrets. Le processus global impliqué dans l'échantillonnage et le filtrage lors de la génération de formes d'onde est montré ci-dessous.

Autres Composants pour le Traitement du Signal Analogique

Lorsque vous recherchez un DAC, vous pouvez trouver une gamme de composants de grands fabricants. La résolution en bits de ces composants a tendance à être plus grande que celle utilisée dans les ADC avec des taux d'échantillonnage similaires, même si ces deux composants pourraient échantillonner et reproduire précisément le même signal. Cela est dû à l'utilisation du dithering sur les ADC modernes pour compenser artificiellement la faible résolution et augmenter la précision de l'échantillonnage lors de la reconstruction.

Si vous travaillez avec des systèmes de traitement de signal analogique, il y a beaucoup d'autres composants importants dont vous aurez besoin pour l'acquisition, la manipulation et la reconstruction du signal. Voici quelques autres composants dont vous pourriez avoir besoin pour votre système :

• Circuits intégrés DSP

• Un MCU ou FPGA

• Composants passifs

Apprendre à choisir un DAC est la première étape dans la génération de formes d'onde précises et la reconstruction de signal, et vous pouvez trouver une gamme de composants pour votre nouveau produit avec les fonctionnalités de recherche avancée et de filtrage sur Octopart. Lorsque vous utilisez le moteur de recherche électronique d'Octopart, vous aurez accès aux données actuelles de prix des distributeurs, à l'inventaire des pièces, et aux spécifications des pièces, et tout est librement accessible dans une interface conviviale. Jetez un œil à notre page de circuits intégrés DAC pour trouver les composants dont vous avez besoin.

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