Jak wybrać przetwornik DAC do generowania przebiegów

Kiedy przyglądasz się specyfikacjom MCU/SoC, nie zawsze widzisz DAC jako wyróżniającą się funkcję. Nie jestem pewien, kiedy DAC przegrał konkurs popularności ze swoim kuzynem ADC, ale wynikiem jest to, że DAC często musi być wybrany jako oddzielny komponent. Jest mnóstwo porad dotyczących wyboru ADC dla różnych zastosowań, szybkości przesyłu danych i pasma. W przeciwieństwie do tego, większość porad dotyczących wyboru DAC, jakie widziałem, skupia się na reprodukcji dźwięku. Jeśli projektujesz dla takich dziedzin jak automatyka przemysłowa, zintegrowane urządzenia do testowania i pomiarów, radio definiowane programowo lub inne specjalistyczne zastosowania analogowe, oto co powinieneś rozważyć przy wyborze DAC.

Kryteria wyboru DAC vs. ADC

Procesy ADC i DAC są odwrotne do siebie, ale oba procesy i oba typy konwerterów są ważne dla interfejsu między światem cyfrowym a analogowym. Chociaż specyfikacje dla każdego procesu konwersji muszą być rozważane w odpowiednim kontekście, wiele tych samych specyfikacji ma zastosowanie w obu procesach. Istnieją nawet pewne standardowe sztuczki, które są używane do zapewnienia niskoszumowego pozyskiwania i reprodukcji sygnałów analogowych, które mają zastosowanie do wyboru DAC.

Jeśli jesteś dobry w wyborze ADC, prawdopodobnie jesteś również dobry w wyborze DAC. Dokładne zrozumienie twierdzenia Nyquista (znane również jako twierdzenie próbkowania) jest ważnym punktem wyjścia przy nauce, jak wybrać DAC. Jeśli potrafisz myśleć w kategoriach częstotliwości Nyquista i jej związku z szybkością transmisji danych, to jesteś na dobrej drodze do wyboru DAC. Spójrzmy na odpowiednie specyfikacje przy wyborze DAC i jak wpływają one na wydajność generowania przebiegów.

Specyfikacje DAC dla generowania przebiegów

Specyfikacje, które rządzą generowaniem przebiegów, są podobne do tych potrzebnych dla ADC. Oto niektóre z ważnych specyfikacji do rozważenia przy wyborze DAC do tych zadań generowania przebiegów:

• Interfejs. Musisz wprowadzić dane do swojego DAC, aby wygenerować sygnał analogowy. Typowe interfejsy to SPI dla wejścia szeregowego, równoległe lub PWM.

• Rozdzielczość i monotoniczność. Rozdzielczość określa zarówno poziom szumu, który DAC może tolerować, jak i dokładność reprodukcji sygnału analogowego. Monotoniczność to pokrewna specyfikacja dokładności, która definiuje zdolność DAC do utrzymania wyjścia analogowego, które podąża za kierunkiem danych wejściowych. Wyjście DAC nie powinno skakać w górę przed trendem spadkowym, gdy poziom wejściowy maleje.

• Szybkość próbkowania. Wszystkie DAC i ADC mają pasmo określone przez szybkość próbkowania. Szybkość próbkowania określa maksymalną częstotliwość, która może być dokładnie odtworzona (częstotliwość Nyquista). Jednakże, pociąg impulsów używany w DAC wprowadza dodatkową zawartość częstotliwościową poza pasmem, jak określono przez szybkość próbkowania. Dlatego pasmo nie jest dobrze zdefiniowane dla DAC; przyjrzę się temu bardziej szczegółowo poniżej.

• Zakres dynamiki. Wszystkie komponenty analogowe mają dobrze zdefiniowany zakres dynamiki (mierzony w dB). Określa to różnicę między maksymalnym a minimalnym poziomem sygnału wyjściowego.

Dwa główne parametry, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze DAC do generowania przebiegów, to rozdzielczość i szybkość próbkowania, ponieważ stanowią one podstawę dla dokładności odtworzonego sygnału. Należy zauważyć, że szybkości próbkowania w wyższej klasy DAC mogą osiągać wartości wielu Gsps. Następnie te specyfikacje należy porównać z pasmem sygnału odtworzonego, aby zapewnić dokładne regenerowanie sygnału analogowego. Jednakże, ze względu na proces rekonstrukcji sygnału, dodatkowe układy są potrzebne do dokładnej rekonstrukcji sygnału, których nie znajdziemy w obwodach ADC.

Niepożądane obrazy w generowaniu przebiegów przez DAC

Chociaż ADC i DAC wykonują procesy odwrotne, nie odtwarzają dokładnie tych samych przebiegów. Nieścisłość w sygnale analogowym, która jest wprowadzana w procesie konwersji cyfrowo-analogowej, jest pokazana poniżej. Z powodu kwantyzacji odtworzonego sygnału analogowego, sygnał wyjściowy z DAC posiada pewne obrazy sygnału, które pojawiają się na wyższych częstotliwościach niż częstotliwość Nyquista. 

Na powyższym obrazie, koperta sinc na wyjściu DAC jest wynikiem użycia pociągu impulsów do regeneracji sygnału, który ma widmo mocy sinc. Użycie pociągu impulsów generuje obrazy wyższego rzędu odtworzonego sygnału analogowego; można myśleć o tych obrazach jako o zawierających harmoniczne wyższego rzędu widma Fouriera odtworzonego sygnału analogowego. Amplituda tych obrazów jest ważona przez kopertę sinc, jak pokazano powyżej.

Próbkowanie z nadmiarem

Tak jak próbkowanie z nadmiarem rozprzestrzenia szum na szersze pasmo i redukuje ogólny poziom szumów w ADC, tak samo rozprzestrzenia zawartość obrazów na szersze pasmo, jak pokazano powyżej. Innymi słowy, użycie wyższej szybkości próbkowania przesuwa obrazy odtworzonego sygnału na wyższe częstotliwości. Ułatwia to wymagania dotyczące filtrowania sygnału wyjściowego, ponieważ można użyć filtru niższego rzędu do wygładzania.

Filtrowanie

Aby usunąć obrazy, należy przepuścić wyjściowy sygnał analogowy przez filtr dolnoprzepustowy lub środkowoprzepustowy o wysokim spadku. Górna granica przepustowości powinna być blisko krawędzi pożądanego pasma, aby stłumić wszelkie niepożądane obrazy. Filtry aktywne wyższego rzędu można kupić jako układy scalone o standardowych wymiarach, lub filtr można zaprojektować z komponentów dyskretnych. Cały proces próbkowania i filtrowania podczas generowania przebiegów jest pokazany poniżej.

Inne komponenty do przetwarzania sygnałów analogowych

Kiedy szukasz DAC, możesz znaleźć szereg komponentów od głównych producentów. Rozdzielczość bitowa tych komponentów zazwyczaj jest większa niż ta używana w ADC o podobnych szybkościach próbkowania, mimo że te dwa komponenty mogłyby dokładnie próbkować i odtwarzać ten sam sygnał. Wynika to z użycia ditheringu we współczesnych ADC, aby sztucznie kompensować niską rozdzielczość i zwiększyć dokładność próbkowania przy rekonstrukcji.

Jeśli pracujesz z systemami przetwarzania sygnałów analogowych, istnieje wiele innych ważnych komponentów, których będziesz potrzebować do akwizycji, manipulacji i rekonstrukcji sygnału. Oto niektóre inne komponenty, które mogą być potrzebne w twoim systemie:

• Układy scalone DSP

• MCU lub FPGA

• Składniki pasywne

Nauczenie się, jak wybrać DAC, to pierwszy krok do dokładnej generacji przebiegów i rekonstrukcji sygnału, a dzięki zaawansowanym funkcjom wyszukiwania i filtracji w Octopart znajdziesz szereg komponentów do swojego nowego produktu. Korzystając z wyszukiwarki elektroniki Octopart, masz dostęp do aktualnych danych cenowych dystrybutorów, zapasów części i specyfikacji części, a wszystko to jest swobodnie dostępne w przyjaznym interfejsie. Zobacz naszą stronę z układami scalonymi DAC, aby znaleźć potrzebne komponenty.

Bądź na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.