Cách Chọn DAC để Tạo Sóng

Khi bạn xem thông số kỹ thuật của MCU/SoC, bạn không luôn thấy DAC được liệt kê như một tính năng nổi bật. Tôi không chắc khi nào DAC đã mất đi sự phổ biến so với người anh em ADC của mình, nhưng kết quả là DAC thường phải được chọn như một thành phần riêng biệt. Có rất nhiều lời khuyên về việc chọn ADC cho các ứng dụng khác nhau, tốc độ dữ liệu và băng thông. Ngược lại, hầu hết các lời khuyên về cách chọn một DAC mà tôi đã thấy tập trung vào việc tái tạo âm thanh. Nếu bạn đang thiết kế cho các lĩnh vực như tự động hóa công nghiệp, thiết bị kiểm tra và đo lường tích hợp, radio được định nghĩa bởi phần mềm, hoặc các ứng dụng analog chuyên biệt khác, đây là những gì bạn nên xem xét khi lựa chọn một DAC.

Tiêu chí Lựa chọn DAC so với ADC

Quy trình ADC và DAC là ngược lại với nhau, nhưng cả hai quy trình và cả hai loại bộ chuyển đổi đều quan trọng cho việc giao tiếp giữa thế giới số và analog. Mặc dù các thông số kỹ thuật cho mỗi quá trình chuyển đổi cần được xem xét trong bối cảnh đúng đắn, nhiều thông số kỹ thuật giống nhau áp dụng cho cả hai quá trình. Thậm chí có một số mẹo tiêu chuẩn được sử dụng để đảm bảo việc thu thập và tái tạo tín hiệu analog ít nhiễu, áp dụng cho việc lựa chọn DAC.

Nếu bạn giỏi trong việc chọn ADC, bạn có lẽ cũng giỏi trong việc chọn DAC. Hiểu biết kỹ lưỡng về định lý Nyquist (còn được gọi là định lý lấy mẫu) là một điểm khởi đầu quan trọng khi học cách chọn một DAC. Nếu bạn có thể suy nghĩ về mọi thứ theo hướng của tần số Nyquist và mối quan hệ của nó với tốc độ dữ liệu, thì bạn đã trên đường chọn một DAC. Hãy xem xét các thông số kỹ thuật liên quan trong việc lựa chọn DAC và cách chúng ảnh hưởng đến hiệu suất tạo sóng.

Thông số kỹ thuật DAC cho Việc Tạo Sóng

Các thông số kỹ thuật điều khiển việc tạo sóng tương tự như những gì cần cho một ADC. Dưới đây là một số thông số kỹ thuật quan trọng cần xem xét khi lựa chọn một DAC cho các nhiệm vụ tạo sóng này:

• Giao diện. Bạn sẽ cần đưa dữ liệu vào DAC của mình để tạo ra tín hiệu analog. Giao diện điển hình là SPI cho đầu vào nối tiếp, song song, hoặc PWM.

• Độ phân giải và tính đơn điệu. Độ phân giải xác định cả mức độ nhiễu mà DAC có thể chịu đựng và độ chính xác của việc tái tạo tín hiệu analog. Tính đơn điệu là một thông số kỹ thuật chính xác liên quan định nghĩa khả năng của DAC duy trì một đầu ra analog theo hướng của dữ liệu đầu vào. Đầu ra DAC không nên tăng đột ngột trước khi xu hướng giảm khi mức đầu vào giảm.

• Tốc độ lấy mẫu. Tất cả DAC và ADC đều có băng thông được xác định bởi tốc độ lấy mẫu. Tốc độ lấy mẫu xác định tần số tối đa có thể được tái tạo chính xác (tần số Nyquist). Tuy nhiên, chuỗi xung được sử dụng trong một DAC giới thiệu nội dung tần số bổ sung ngoài băng thông như được xác định bởi tốc độ lấy mẫu. Do đó, băng thông không được xác định rõ ràng cho một DAC; tôi sẽ xem xét điều này chi tiết hơn bên dưới.

• Phạm vi động. Tất cả các thành phần analog đều có phạm vi động được xác định rõ ràng (đo bằng dB). Điều này xác định sự khác biệt giữa mức tín hiệu đầu ra tối đa và tối thiểu.

Hai thông số chính cần xem xét khi chọn một DAC cho việc tạo sóng là độ phân giải và tốc độ lấy mẫu vì chúng là nền tảng cho độ chính xác của tín hiệu tái tạo. Lưu ý rằng tốc độ lấy mẫu có thể đạt nhiều Gsps trong các DAC cao cấp. Sau đó, những thông số này cần được so sánh với băng thông tín hiệu tái tạo để đảm bảo tái tạo chính xác tín hiệu analog. Tuy nhiên, do quá trình tái tạo tín hiệu, mạch bổ sung là cần thiết cho việc tái tạo tín hiệu chính xác mà không tìm thấy trong mạch ADC.

Hình Ảnh Nhiễu trong Tạo Sóng DAC

Trong khi ADC và DAC thực hiện các quá trình đảo ngược, chúng không tái tạo chính xác cùng một hình dạng sóng. Sự không chính xác trong tín hiệu analog được giới thiệu trong quá trình chuyển đổi từ số sang analog được hiển thị dưới đây. Do lượng tử hóa của tín hiệu analog tái tạo, tín hiệu đầu ra từ một DAC có một số hình ảnh tín hiệu xuất hiện ở tần số cao hơn tần số Nyquist.

Trong hình ảnh trên, vỏ bọc sinc trên đầu ra DAC là do sử dụng một chuỗi xung cho việc tái tạo tín hiệu, có một phổ công suất sinc. Việc sử dụng một chuỗi xung tạo ra các hình ảnh bậc cao hơn của tín hiệu analog tái tạo; hãy nghĩ về những hình ảnh này như chứa các hài bậc cao hơn của phổ Fourier của tín hiệu analog tái tạo. Biên độ của những hình ảnh này được trọng lượng bởi một vỏ bọc sinc, như được hiển thị ở trên.

Lấy Mẫu Quá Mức

Giống như lấy mẫu quá mức phân tán nhiễu ra trên một băng thông lớn hơn và giảm tổng mức nền nhiễu trong một ADC, lấy mẫu quá mức phân tán nội dung hình ảnh ra trên một băng thông cao hơn, như được hiển thị ở trên. Nói cách khác, sử dụng một tốc độ lấy mẫu cao hơn đẩy hình ảnh của tín hiệu tái tạo lên các tần số cao hơn. Điều này làm giảm yêu cầu lọc tín hiệu đầu ra vì có thể sử dụng bộ lọc bậc thấp hơn để làm mịn.

Lọc

Để loại bỏ hình ảnh, bạn cần đưa tín hiệu analog đầu ra qua một bộ lọc thông thấp hoặc thông băng với độ dốc cao. Điểm cắt cao cấp nên gần với mép của băng thông mong muốn để loại bỏ bất kỳ hình ảnh không mong muốn nào. Bộ lọc hoạt động bậc cao có thể được mua dưới dạng IC với hình dạng tiêu chuẩn, hoặc một bộ lọc có thể được thiết kế từ các linh kiện rời rạc. Quá trình tổng thể liên quan đến lấy mẫu và lọc trong quá trình tạo sóng được hiển thị dưới đây.

Các Thành Phần Khác cho Xử Lý Tín Hiệu Analog

Khi bạn đang tìm kiếm một DAC, bạn có thể tìm thấy một loạt các thành phần từ các nhà sản xuất lớn. Độ phân giải bit trên những thành phần này thường lớn hơn so với những ADC có tốc độ lấy mẫu tương tự, mặc dù hai thành phần này có thể chính xác lấy mẫu và tái tạo cùng một tín hiệu. Điều này là do việc sử dụng dithering trên các ADC hiện đại để bù đắp một cách nhân tạo cho độ phân giải thấp và tăng độ chính xác lấy mẫu khi tái tạo.

Nếu bạn đang làm việc với các hệ thống xử lý tín hiệu analog, có rất nhiều thành phần quan trọng khác bạn sẽ cần cho việc thu thập, thao tác và tái tạo tín hiệu. Dưới đây là một số thành phần khác bạn có thể cần cho hệ thống của mình:

• Mạch tích hợp DSP

• Một MCU hoặc FPGA

• Thành phần bị động

Học cách chọn một DAC là bước đầu tiên trong việc tạo sóng chính xác và tái tạo tín hiệu, và bạn có thể tìm thấy một loạt các thành phần cho sản phẩm mới của mình với các tính năng tìm kiếm và lọc tiên tiến trên Octopart. Khi bạn sử dụng công cụ tìm kiếm điện tử của Octopart, bạn sẽ có quyền truy cập vào dữ liệu giá của nhà phân phối hiện tại, hàng tồn kho, và thông số kỹ thuật của các bộ phận, và tất cả đều dễ dàng truy cập trong một giao diện thân thiện với người dùng. Hãy xem trang mạch tích hợp DAC của chúng tôi để tìm các thành phần bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.