Come Scegliere un DAC per la Generazione di Forme d'Onda

Creato: maggio 20, 2022
Aggiornato: luglio 1, 2024

Quando si guardano le specifiche di MCU/SoC, non si vedono sempre i DAC elencati come una caratteristica di primo piano. Non sono sicuro di quando il DAC abbia perso il concorso di popolarità con il suo cugino l'ADC, ma il risultato è che spesso un DAC deve essere scelto come componente separato. Ci sono molti consigli su come scegliere gli ADC per diverse applicazioni, velocità di trasmissione dati e larghezza di banda. Al contrario, la maggior parte dei consigli su come scegliere un DAC che ho visto si concentra sulla riproduzione audio. Se stai progettando per settori come l'automazione industriale, attrezzature integrate di test e misurazione, radio definita dal software o altre applicazioni analogiche speciali, ecco cosa dovresti considerare nella selezione di un DAC.

Criteri di Selezione DAC vs. ADC

I processi ADC e DAC sono inversi l'uno dell'altro, ma entrambi i processi e entrambi i tipi di convertitori sono importanti per l'interfaccia tra il mondo digitale e quello analogico. Sebbene le specifiche per ciascun processo di conversione debbano essere considerate nel contesto corretto, molte delle stesse specifiche si applicano in entrambi i processi. Ci sono anche alcuni trucchi standard che vengono utilizzati per garantire l'acquisizione e la riproduzione a basso rumore dei segnali analogici che sono applicabili alla selezione del DAC.

Se sei bravo a scegliere gli ADC, probabilmente sei anche bravo a scegliere i DAC. Una comprensione approfondita del teorema di Nyquist (noto anche come teorema del campionamento) è un punto di partenza importante quando si impara a scegliere un DAC. Se riesci a pensare in termini di frequenza di Nyquist e della sua relazione con la velocità di trasmissione dati, allora sei sulla buona strada per scegliere un DAC. Vediamo le specifiche rilevanti nella selezione del DAC e come influenzano le prestazioni della generazione di forme d'onda.

Specifiche del DAC per la Generazione di Forme d'Onda

Le specifiche che governano la generazione di forme d'onda sono simili a quelle necessarie per un ADC. Ecco alcune delle specifiche importanti da considerare quando si seleziona un DAC per questi compiti di generazione di forme d'onda:

Interfaccia. Avrai bisogno di inserire dati nel tuo DAC per generare un segnale analogico. Le interfacce tipiche sono SPI per l'input seriale, parallelo o PWM.
Risoluzione e monotonicità. La risoluzione determina sia il livello di rumore che un DAC può tollerare sia l'accuratezza della riproduzione del segnale analogico. La monotonicità è una specifica di accuratezza correlata che definisce la capacità del DAC di mantenere un'uscita analogica che segue la direzione dei dati di ingresso. L'uscita del DAC non dovrebbe aumentare prima di tendere al ribasso quando il livello di ingresso diminuisce.
Velocità di campionamento. Tutti i DAC e gli ADC hanno una larghezza di banda definita dalla velocità di campionamento. La velocità di campionamento determina la massima frequenza che può essere riprodotta accuratamente (frequenza di Nyquist). Tuttavia, il treno di impulsi utilizzato in un DAC introduce contenuti di frequenza aggiuntivi oltre la larghezza di banda definita dalla velocità di campionamento. Pertanto, la larghezza di banda non è ben definita per un DAC; esaminerò questo aspetto più in dettaglio di seguito.
Gamma dinamica. Tutti i componenti analogici hanno una gamma dinamica ben definita (misurata in dB). Questo specifica la differenza tra i livelli massimo e minimo del segnale di uscita.

Le due specifiche principali coinvolte nella selezione di un DAC per la generazione di forme d'onda sono la risoluzione e la frequenza di campionamento, poiché queste costituiscono la base per l'accuratezza del segnale ricostruito. Si noti che le frequenze di campionamento possono raggiungere molti Gsps nei DAC di fascia alta. Queste specifiche devono quindi essere confrontate con la larghezza di banda del segnale ricostruito per garantire una rigenerazione accurata di un segnale analogico. Tuttavia, a causa del processo di ricostruzione del segnale, è necessario un circuito aggiuntivo per una ricostruzione accurata del segnale che non si trova nei circuiti ADC.

Immagini Spurie nella Generazione di Forme d'Onda DAC

Sebbene gli ADC e i DAC eseguano processi inversi, non riproducono le stesse forme d'onda esatte. L'inaccuratezza in un segnale analogico introdotta in un processo di conversione digitale-analogico è mostrata di seguito. A causa della quantizzazione del segnale analogico ricostruito, il segnale di uscita da un DAC presenta alcune immagini del segnale che appaiono a frequenze superiori alla frequenza di Nyquist.

Nell'immagine sopra, l'involucro sinc sull'uscita DAC è dovuto all'uso di un treno di impulsi per la rigenerazione del segnale, che ha uno spettro di potenza sinc. L'uso di un treno di impulsi genera immagini di ordine superiore del segnale analogico ricostruito; pensa a queste immagini come contenenti armoniche di ordine superiore dello spettro di Fourier del segnale analogico ricostruito. L'ampiezza di queste immagini è ponderata da un involucro sinc, come mostrato sopra.

Oversampling

Proprio come l'oversampling distribuisce il rumore su una larghezza di banda maggiore e riduce il livello complessivo di rumore in un ADC, l'oversampling distribuisce il contenuto dell'immagine su una larghezza di banda superiore, come mostrato sopra. In altre parole, l'uso di una frequenza di campionamento più alta spinge le immagini del segnale ricostruito a frequenze superiori. Questo semplifica i requisiti per il filtraggio del segnale di uscita poiché può essere utilizzato un filtro di ordine inferiore per la levigatura.

Filtraggio

Per rimuovere le immagini, è necessario far passare il segnale analogico di uscita attraverso un filtro passa-basso o passa-banda con un elevato roll-off. Il taglio superiore dovrebbe essere vicino al bordo della larghezza di banda desiderata per sopprimere qualsiasi immagine indesiderata. Filtri attivi di ordine superiore possono essere acquistati come IC con fattore di forma standard, oppure un filtro può essere progettato con componenti discreti. Il processo complessivo coinvolto nel campionamento e filtraggio durante la generazione di forme d'onda è mostrato di seguito.

Altri Componenti per l'Elaborazione del Segnale Analogico

Quando cerchi un DAC, puoi trovare una gamma di componenti dei principali produttori. La risoluzione in bit su questi componenti tende ad essere maggiore di quella utilizzata negli ADC con frequenze di campionamento simili, anche se questi due componenti potrebbero campionare e riprodurre accuratamente lo stesso segnale. Ciò è dovuto all'uso del dithering negli ADC moderni per compensare artificialmente la bassa risoluzione e aumentare l'accuratezza di campionamento alla ricostruzione.

Se stai lavorando con sistemi di elaborazione di segnali analogici, ci sono molti altri componenti importanti di cui avrai bisogno per l'acquisizione, la manipolazione e la ricostruzione del segnale. Ecco alcuni altri componenti che potresti necessitare per il tuo sistema:

Imparare a scegliere un DAC è il primo passo nella generazione di forme d'onda accurate e nella ricostruzione del segnale, e puoi trovare una gamma di componenti per il tuo nuovo prodotto con le funzionalità di ricerca avanzata e filtraggio in Octopart. Quando utilizzi il motore di ricerca elettronica di Octopart, avrai accesso ai dati attuali sui prezzi dei distributori, all'inventario dei componenti e alle specifiche dei componenti, ed è tutto liberamente accessibile in un'interfaccia facile da usare. Dai un'occhiata alla nostra pagina sui circuiti integrati DAC per trovare i componenti di cui hai bisogno.

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