DACの種類：D/AコンバータICSの基礎

DACの種類、信号は一般的にデジタル信号とアナログ信号に大別されます。また、通話ごとに、さまざまな種類のアプリケーションがあります。たとえば、電源スイッチやオペアンプなどのアナログ電子機器はアナログ信号を使用します。逆に、デジタル信号は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フリップフロップ、論理ゲートなどのデジタル電子機器に含まれています。

両方の信号の機能を向上させるには、両方の信号の機能を向上させるために、両方の信号をある形式から別の形式に変換する必要が常にあります。そのため、アナログからデジタルへのコンバーター (ADC) またはデジタルからアナログへのコンバーターのいずれかを使用します。

今日、私たちが焦点を当てているのは、D/A または D2A とも呼ばれるデジタル - アナログコンバーター (DAC) です。

DAC (デジタルアナログコンバーター) とは何ですか?

DAC (Digital to Analog Converter) は、デジタル値をデジタルコードの形でアナログ電圧/電流に変換する IC です。多くの場合、コンピューターは DAC を使用して、携帯電話などの他のデジタルデバイスによるアナログ動作を理解します。

(複数のデジタルアナログコンバーター)

DAC はどのように機能しますか?

マイクを使用してコンピューターを介してオーディオを録音するという概念に進みます。

このような状況下では、音声信号/音声は物理変数であり、コンピューターに記録する前にデジタル形式にする必要があります。したがって、アナログからデジタルへのコンバーターを使用します。

（マイクロフォン）。

後で、録音したオーディオをスピーカーで再生する場合は、DAC を使用します。デジタル信号をアナログ信号に変換します。

DAC の種類

バイナリ加重抵抗 D/A コンバータ回路

この DAC の各デジタル入力ビットを変換するには、電流源または抵抗が必要です。抵抗器は、加算点と入力の間に接続されています。そして、加算増幅回路を介して、出力を生成します。

バイナリ加重 DAC の回路図

上の図から、次のことがわかります。

まず、既存のコンポーネントには、オペアンプ、フィードバック抵抗、およびオペアンプの入力端子に接続された他の 4 つの抵抗が含まれます。
オペアンプの端子の抵抗器は可変抵抗器です。

以下の式を使用して、加算増幅回路の出力電圧を取得します。

V _o =-R (DR+ C2R +B4R+ A8R)

したがって;

文字 D、C、B、および A は、異なる値を持つデジタル入力です。 A は LSB にあり、D は MSB にあります。

V =出力アナログ電圧

バイナリラダーまたは R-2R ラダー D/A コンバータ回路

バイナリラダー DAC には 2R と R の 2 つの抵抗値があります。ただし、寄生容量のために変換速度が低下することがよくあります。

さらに、入力ビットは、オペアンプの反転入力とグランドの間のスイッチを制御します。バイナリ情報が抵抗 (2R) に入ると、バイナリラダーの下部に出力が得られます。

R-2R ラダー DAC の回路図

バイナリラダーの出力電圧を取得する式は次のとおりです。

V _o =-R × (D2R+ C4R +B8R+ A16R)

DAC の種類– セグメント化された DAC

セグメント化された DAC は、その設計が性能に基づく仕様の DAC の一種です。アーキテクチャを必要としないため、2 つ以上の DAC を組み合わせたものです。たとえば、温度計コード化 DAC をバイナリ加重 DAC と組み合わせてから、入力バイナリコードを 2 つのセグメントに分離します。

セグメント化されたデジタルからアナログへのコンバーター

バイナリ加重構造は LSB で機能し、温度計コード化 DAC は MSB で適用されます。そうすれば、コンパクトなチップができあがります。

さらに、入力ビットが増えると、エンコーダのサイズも大きくなります。したがって、より多くの相互接続とスイッチが必要になります。

DAC の種類– デルタシグマ DAC

デルタシグマ DAC は、最も正確で高速です。また、以下に示すさまざまなブロックで構成されています。

補間 フィルタ .サンプルレートを上げながらサンプリング時間を短縮し、サンプリング周波数を 4 倍にします。フィルターデータは、変調器ブロックに入力として渡されます。
デルタ –シグマ モジュレーター .変調器は、入力信号に対するローパスフィルターおよび量子化ノイズに対するハイパスフィルターとして機能します。
1 –ビット DAC .各ビットはデジタルサンプルからアナログ形式に変換され、増幅が追加されます。
アナログ 出力 フィルタ .ここで、ブロックは DAC 出力をフィルター処理してから、アナログ信号を生成します。

デルタシグマ DAC

DAC の利点と欠点

利点

まず、高い精度と解像度を実現できます。
そうすれば、簡単に実装できます。
最後に、DAC タイプの 1 つ、つまり重み付き抵抗回路は、他の変換方法に比べて高速な変換回路です。

DAC の種類– 短所

2 値で重み付けされた抵抗器は、大量の電力を消費します。
第二に、回路内の抵抗器は、非線形性、オフセットエラー、ゲインエラーにつながる可能性があります。
一部の DAC 回路タイプでは、他のコンポーネントがいくつか必要になる場合がありますが、これは実用的ではありません。ただし、I2C および SPI を介してマイクロコントローラを使用して通信できるディスクリート DAC チップが利用可能です。
また、R-2R ラダーコンバーターは、入力に応じて回路を切り替える必要があるため、遅延があります。
2 進数が電圧ステップを決定するため、正確であるにもかかわらず、連続的な電圧値を生成することは不可能になります。
最後に、重み付き抵抗 DAC の各入力の電圧レベルを同じにする必要があります。つまり、4 ビットコンバータには 4 つの抵抗が必要です。

DAC の種類– DAC の使用方法は?

多くの場合、DAC はマイクロコントローラーに組み込まれたり、分離された集積回路として使用されたりしますが、後者がより一般的です。 IC DAC の一般的な例には、DAC0808、DAC0832、DAC7715 などがあります。

このセグメントでは、MCP4725 DAC IC を使用して、DAC の使用方法をよりよく理解します。また、Arduino と連携して動作するため、ライブラリやドキュメントを簡単に見つけることができます。

DAC の種類 - MCP4725 DAC IC の機能

何よりもまず、そのパッケージは SOT23-6 パッケージで入手できます。パッケージのコンパクトさにより、保管スペースを節約できます。
i2C 通信インターフェースでうまく動作します。したがって、2 つのシリアルクロックとシリアルデータピンのみを使用します。同時に、速度は 100kHz から 3.4MHz までの範囲を持つことができます。
さらに、複数のデバイスを使用する場合は、i2C アドレスピンを GND または Vcc に接続することで変更できます。
最後に、Arduino の 8 ビット解像度よりも優れた 12 ビット解像度を備えています。 5V の供給電圧では、各 2 進数は 1.22mV の電圧、つまり 5V/ (212) に変換されます。