Hoe werken en functioneren ADC’s en DAC’s?

Er zijn hoofdzakelijk drie ADC-ontwerpen:

Parallel – Het ingangssignaal wordt gelijktijdig vergeleken met de referentieniveaus door een set vergelijkingscircuits (comparatoren), die een binaire waarde aan de uitgang vormen. In een dergelijke ADC is het aantal comparatoren gelijk aan (2 tot het vermogen N) – 1, waarbij N de cijfercapaciteit van de digitale code is (voor een acht-bits code – 255), waardoor de capaciteit van cijfers boven 10-12.
Opeenvolgende benadering: de converter die een hulp-DAC gebruikt, genereert een referentiesignaal dat wordt vergeleken met het ingangssignaal. Het referentiesignaal wordt opeenvolgend gewijzigd volgens het principe van gemiddelde deling (dichotomie), dat wordt gebruikt in veel convergente zoekmethoden in de toegepaste wiskunde. Dit maakt het mogelijk om de conversie te voltooien in een aantal klokcycli gelijk aan de lengte van het woord, ongeacht de grootte van het ingangssignaal.
met tijdsintervalmeting: een grote groep ADC’s die verschillende principes gebruiken om niveaus om te zetten in proportionele tijdsintervallen om het ingangssignaal te meten, waarvan de duur wordt gemeten door een hoogfrequente klokgenerator. Dit wordt ook wel ADC-telling genoemd.
Onder ADC’s met tijdsintervalmeting hebben de volgende drie typen de overhand:

Opeenvolgend tellen of enkele helling – Bij elke conversiecyclus wordt een lineair toenemende spanningsgenerator gestart, die wordt vergeleken met de ingangsspanning. Meestal wordt deze spanning verkregen in een hulp-DAC, vergelijkbaar met een opeenvolgende benadering ADC.
Dual Slope: in elke conversiecyclus laadt het ingangssignaal een condensator op, die vervolgens wordt ontladen tot een referentiespanning met de gemeten ontladingsduur.
tracking – Een variant van de sequentiële tel-ADC, waarbij de referentiespanningsgenerator niet bij elke cyclus wordt gereset, maar deze in plaats daarvan verandert van de vorige waarde naar de huidige.
De meest populaire versie van de tracking ADC is sigma-delta, die werkt op een frequentie Fs, die aanzienlijk (64 keer of meer) hoger is dan de bemonsteringsfrequentie Fd van het digitale uitgangssignaal. De comparator van een dergelijke ADC produceert waarden met een verminderde bitdiepte (in het algemeen een bit – 0/1), waarvan de som in het bemonsteringsinterval Fd evenredig is met de waarde van het monster. Een reeks lage bitwaarden wordt digitaal gefilterd en gedecimeerd, wat resulteert in een reeks samples met een bepaalde bitdiepte en samplefrequentie Fd.

Om de signaal-ruisverhouding te verbeteren en het effect van kwantisatiefouten te verminderen, wat in het geval van een één-bit-omzetter vrij hoog blijkt te zijn, wordt een ruisvormingsmethode gebruikt door middel van digitale filtering en feedbackcircuits. fout. Als gevolg van het toepassen van deze methode verandert de vorm van het ruisspectrum zodat de hoofdruisenergie wordt verschoven naar het gebied boven het midden van de frequentie Fs, een klein deel blijft in de onderste helft en bijna alle ruis het wordt verwijderd uit de oorspronkelijke analoge signaalband.

DAC’s zijn voornamelijk gebaseerd op drie principes:

weging: met de som van de gewogen stromen of spanningen, wanneer elk bit van het ingangswoord een bijdrage levert die overeenkomt met zijn binaire gewicht tot de totale waarde van het ontvangen analoge signaal; Deze DAC’s worden ook wel parallel of multibit (multibit) genoemd.
sigma-delta, met voorlopige digitale overbemonstering en levering van lage bitwaarden (meestal één bit) aan het referentieladingsvormingscircuit, die met dezelfde hoge frequentie aan het uitgangssignaal worden toegevoegd. Deze DAC’s worden ook wel bitstreams genoemd.
Pulsbreedtemodulatie (PWM), wanneer pulsen van constante amplitude en variabele duur naar het analoge sample- en hold-signaal worden gestuurd, waardoor de dosering van de aan de uitgang ontladen belasting wordt geregeld. Matsushita’s MASH-converters (Multi-stAge Noise Shaping) werken met dit principe. Deze DAC’s hebben hun naam gekregen door het gebruik van verschillende sequentiële ruisvormers erin.
Wanneer oversampling met een factor tientallen (typisch – 64x..512x) wordt gebruikt, is het mogelijk om de DAC-capaciteit te verminderen zonder merkbaar verlies van signaalkwaliteit; DAC’s met minder bits hebben ook een betere lineariteit. Aan de limiet kan het aantal downloads worden teruggebracht tot één. De uitgangsgolfvorm van dergelijke DAC’s is een nuttig signaal omgeven door een aanzienlijke hoeveelheid hoogfrequente ruis, die echter effectief wordt onderdrukt door een uniform analoog filter van gemiddelde kwaliteit.

DAC’s zijn “straight-through” -apparaten waarbij conversie gemakkelijker en sneller is dan ADC’s, die meestal langzamere en seriële apparaten zijn.