لماذا نحتاج محولات البيانات؟ في العالم الحقيقي ، تتوفر معظم البيانات في شكل تناظرية في الطبيعة. لدينا نوعان من المحولات محول تناظري رقمي والمحول الرقمي إلى التناظري. أثناء معالجة البيانات ، تعد هاتان الواجهات التحويلية ضرورية للمعدات الإلكترونية الرقمية والجهاز الكهربائي التناظري الذي يجب معالجته بواسطة المعالج من أجل إنتاج العملية المطلوبة.
على سبيل المثال ، خذ الرسم التوضيحي أدناه DSP ، يقوم ADC بتحويل البيانات التناظرية التي تم جمعها بواسطة معدات إدخال الصوت مثل الميكروفون (المستشعر) ، إلى إشارة رقمية يمكن معالجتها بواسطة الكمبيوتر. قد يضيف الكمبيوتر مؤثرات صوتية. الآن ستقوم DAC بمعالجة إشارة الصوت الرقمية مرة أخرى إلى الإشارة التناظرية التي تستخدمها أجهزة إخراج الصوت مثل مكبر الصوت.
معالجة الإشارات الصوتية
محول رقمي إلى تناظري (DAC)
المحول الرقمي إلى التناظري (DAC) هو جهاز يحول البيانات الرقمية إلى إشارة تناظرية. وفقًا لنظرية أخذ العينات Nyquist-Shannon ، يمكن إعادة بناء أي بيانات مأخوذة بشكل مثالي باستخدام النطاق الترددي ومعايير Nyquist.
يمكن لـ DAC إعادة بناء البيانات التي تم أخذ عينات منها إلى إشارة تمثيلية بدقة. قد يتم إنتاج البيانات الرقمية من معالج دقيق أو دائرة متكاملة خاصة بالتطبيق (ASIC) أو مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA) ، ولكن في النهاية تتطلب البيانات التحويل إلى إشارة تناظرية من أجل التفاعل مع العالم الحقيقي.
محول أساسي من رقمي إلى تناظري
بنيات محول D / A
هناك طريقتان تستخدمان بشكل شائع للتحويل الرقمي إلى التناظري: طريقة المقاومات الموزونة والطريقة الأخرى تستخدم طريقة شبكة السلم R-2R.
DAC باستخدام طريقة المقاومات الموزونة
الرسم التخطيطي الموضح أدناه هو DAC باستخدام المقاومات الموزونة. تتمثل العملية الأساسية لـ DAC في القدرة على إضافة مدخلات تتوافق في النهاية مع مساهمات البتات المختلفة للمدخلات الرقمية. في مجال الجهد ، أي إذا كانت إشارات الإدخال هي الفولتية ، فيمكن تحقيق إضافة البتات الثنائية باستخدام العاكس مكبر للصوت هو مبين في الشكل أدناه.
ثنائي المقاومات الموزونة DAC
في مجال الجهد ، أي إذا كانت إشارات الدخل هي الفولتية ، فيمكن إضافة البتات الثنائية باستخدام مضخم التجميع المقلوب الموضح في الشكل أعلاه.
مقاومات الإدخال الخاصة بـ مكبر العمليات لها قيم مقاومتها مرجحة في شكل ثنائي. عندما يستقبل الثنائي 1 ، يربط المفتاح المقاوم بالجهد المرجعي. عندما تتلقى الدائرة المنطقية 0 ثنائيًا ، يقوم المفتاح بتوصيل المقاوم بالأرض. يتم تطبيق جميع بتات الإدخال الرقمي في وقت واحد على DAC.
تولد DAC جهد خرج تناظري يتوافق مع إشارة البيانات الرقمية المحددة. بالنسبة إلى DAC ، يكون الجهد الرقمي المحدد هو b3 b2 b1 b0 حيث تكون كل بتة قيمة ثنائية (0 أو 1). جهد الخرج الناتج في جانب الخرج هو
V0 = R0 / R (b3 + b2 / 2 + b1 / 4 + b0 / 8) Vref
مع زيادة عدد البتات في جهد الإدخال الرقمي ، يصبح نطاق قيم المقاوم كبيرًا ، وبالتالي تصبح الدقة ضعيفة.
R-2R Ladder Digital to Analog Converter (DAC)
تم إنشاء DAC للسلم R-2R باعتباره DAC ثنائي الترجيح الذي يستخدم بنية متتالية متكررة لقيم المقاوم R و 2R. هذا يحسن الدقة بسبب السهولة النسبية لإنتاج مقاومات متساوية القيمة (أو المصادر الحالية).
R-2R Ladder Digital to Analog Converter (DAC)
يوضح الشكل أعلاه 4 بت R-2R سلم DAC. من أجل تحقيق دقة عالية المستوى ، اخترنا قيم المقاوم كـ R و 2R. دع القيمة الثنائية B3 B2 B1 B0 ، إذا كانت b3 = 1 ، b2 = b1 = b0 = 0 ، ثم تظهر الدائرة في الشكل أدناه وهي شكل مبسط من دائرة DAC أعلاه. جهد الخرج V0 = 3R (i3 / 2) = Vref / 2
وبالمثل ، إذا كانت b2 = 1 ، و b3 = b1 = b0 = 0 ، فإن جهد الخرج هو V0 = 3R (i2 / 4) = Vref / 4 ويتم تبسيط الدائرة على النحو التالي
إذا كانت b1 = 1 و b2 = b3 = b0 = 0 ، فإن الدائرة الموضحة في الشكل أدناه هي شكل مبسط لدائرة DAC أعلاه. جهد الخرج V0 = 3R (i1 / 8) = Vref / 8
أخيرًا ، تظهر الدائرة أدناه المقابلة للحالة حيث b0 = 1 و b2 = b3 = b1 = 0. جهد الخرج V0 = 3R (i0 / 16) = Vref / 16
بهذه الطريقة ، يمكننا أن نجد أنه عندما تكون بيانات الإدخال b3b2b1b0 (حيث تكون البتات الفردية إما 0 أو 1) ، فإن جهد الخرج يكون
تطبيقات المحول الرقمي إلى التناظري
تُستخدم DACs في العديد من تطبيقات معالجة الإشارات الرقمية والعديد من التطبيقات الأخرى. تتم مناقشة بعض التطبيقات الهامة أدناه.
مضخم الصوت
تُستخدم DACs لإنتاج كسب جهد تيار مستمر بأوامر متحكم دقيق. غالبًا ، سيتم دمج DAC في برنامج ترميز صوتي كامل يتضمن ميزات معالجة الإشارة.
ترميز الفيديو
سيقوم نظام تشفير الفيديو بمعالجة إشارة الفيديو وإرسال إشارات رقمية إلى مجموعة متنوعة من DACs لإنتاج إشارات فيديو تمثيلية بتنسيقات مختلفة ، إلى جانب تحسين مستويات الإخراج. كما هو الحال مع برامج ترميز الصوت ، قد تحتوي هذه الدوائر المتكاملة على DACs مدمجة.
عرض الإلكترونيات
عادةً ما تستخدم وحدة التحكم في الرسوم جدول بحث لتوليد إشارات البيانات المرسلة إلى DAC للفيديو من أجل المخرجات التناظرية مثل إشارات الأحمر والأخضر والأزرق (RGB) لتشغيل العرض.
نظم الحصول على البيانات
يتم رقمنة البيانات المراد قياسها بواسطة محول تناظري إلى رقمي (ADC) ثم إرسالها إلى معالج. سيشمل الحصول على البيانات أيضًا نهاية التحكم في العملية ، حيث يرسل المعالج بيانات التغذية الراجعة إلى DAC للتحويل إلى إشارات تمثيلية.
معايرة
يوفر DAC معايرة ديناميكية للكسب وتعويض الجهد من أجل الدقة في أنظمة الاختبار والقياس.
التحكم في المحركات
تتطلب العديد من أدوات التحكم في المحرك إشارات التحكم في الجهد ، و DAC مثالي لهذا التطبيق الذي قد يكون مدفوعًا بمعالج أو وحدة تحكم.
تطبيق التحكم في المحركات
نظام توزيع البيانات
تتطلب العديد من الخطوط الصناعية والمصانع مصادر جهد متعددة قابلة للبرمجة ، ويمكن إنشاء ذلك من خلال بنك من DACs متعددة الإرسال. يسمح استخدام DAC بالتغيير الديناميكي للجهد أثناء تشغيل النظام.
مقياس الجهد الرقمي
الكل تقريبا مقاييس فرق الجهد الرقمية تستند إلى بنية سلسلة DAC. مع بعض إعادة تنظيم المقاوم / مجموعة التبديل ، وإضافة واجهة متوافقة مع I2C ، يمكن تنفيذ مقياس جهد رقمي بالكامل.
برامج الراديو
يتم استخدام DAC مع معالج الإشارات الرقمية (DSP) لتحويل إشارة إلى تناظرية للإرسال في دائرة الخلاط ، ثم إلى جهاز الراديو مضخم الطاقة وجهاز الإرسال.
وهكذا ، يناقش هذا المقال محول رقمي تناظري وتطبيقاتها. نأمل أن يكون لديك فهم أفضل لهذا المفهوم. علاوة على ذلك ، أي استفسارات بخصوص هذا المفهوم أو لتنفيذ مشاريع كهربائية وإلكترونية ، يرجى تقديم اقتراحاتكم القيمة من خلال التعليق في قسم التعليقات أدناه. هنا سؤال لك، كيف يمكننا التغلب على ضعف الدقة في ثنائي مقاوم مرجح DAC؟
