Зачем нам нужны микросхемы ЦАП?

12

Пожалуйста, посмотрите на схему ниже. Это очень простой резистивный сумматор, который отлично работает с любым стандартом! (TTL, CMOS, ...) или любое произвольное напряжение, которое подается на него. С другой стороны, поскольку в нем нет активного компонента, он очень быстрый. Это просто сделано из нескольких резисторов, поэтому это очень дешево. С другой стороны, нет ограничения на количество входных битов (его можно легко расширить до 32, 64 или сотен бит).

Итак, зачем нам нужны микросхемы ЦАП? Я ищу 32-битный высокочастотный ЦАП. Такие устройства не легко найти, а также, если они найдены, они довольно дороги. Я имею в виду Какое преимущество я должен заплатить, чтобы найти такие устройства? Я думаю, что должно быть какое-то преимущество, которое стоит покупать. Единственное, о чем я могу думать, это их собственное усиление (например, TTL -> 10 В или около того), но эта цель просто достижима при любом виде усиления.

введите описание изображения здесь

август
источник
11
«... количество битов не ограничено». Неправильно. Сделайте анализ ошибок. Думаю об этом. Насколько точным должен быть этот резистор для поддержки вашего гипотетического 32-разрядного числа? 1% резисторы не годятся даже для 7 бит.
Олин Латроп

Ответы:

18

То, что у вас есть, есть то, что известно в данной области как ЦАП R-2R, один из многих видов часто используемых топологий цифро-аналоговых преобразователей. Вы ответили на свой вопрос: зачем нам ЦАПы, когда у нас эта топология ЦАП? Потому что это ЦАП!

ЦАП R-2R сами по себе не так хороши, как цифроаналоговый преобразователь общего назначения. Выходной импеданс ЦАП R-2R очень высок, что означает, что полоса пропускания будет очень ограничена. Емкость даже в несколько десятков пикофарад на выходе уменьшит эффективную полосу пропускания и увеличит время установления в области МГц. И это в равной степени верно, если вы буферизуете выход с помощью повторителя операционного усилителя - хорошо настроенные операционные усилители не входят во входные емкости суб-pF, а уменьшение сопротивления рэд-р-2R быстро увеличивает энергопотребление до уровня, где он недопустимо высок , Не поймите меня неправильно, на рынке есть ЦАП со сверхвысокой пропускной способностью R-2R, но это те типы микросхем, которые вы можете найти в генераторах сигналов произвольной формы в некоторых областях, и у них есть небольшой радиатор и вентилятор над ними ,

Есть другие компромиссы, которые вы можете сделать с другими топологиями ЦАП. Например, ЦАП с дельта-сигмой не имеют точного выходного операционного усилителя буфера и, следовательно, могут быть расширены до очень больших битовых глубин (24-32 бит), где R-2R - из-за критерия буферизации вывода - редко превосходит 12-битный , Последовательное приближение является еще одной используемой топологией, которая по своей природе имеет выборку и удержание на выходе, который может управляться с чрезвычайно низким импедансом (та же самая причина, по которой АЦП SAR, наоборот, могут иметь очень высокий входной импеданс).

user36129
источник
8
Большая проблема с R-2R состоит в том, что для нескольких битов резисторы должны быть согласованы более точно, чем доступные резисторы, и управляющие цифровые сигналы также должны иметь очень точно согласованные свойства. Оба делают R-2R с дискретными компонентами непрактичными, скажем, 8 бит.
Воутер ван Оойен
3
@WoutervanOoijen: на самом деле, рэдеры R2R очень хороши для генерации сигналов с большим количеством битов без согласования резисторов. Даже с самыми худшими в мире резисторами код по-прежнему всегда будет монотонным (на бит). Вы получаете много-много разрешения, но из-за вышеупомянутых проблем с соответствием вы получаете ужасную точность и точность. Вот почему 16/24-битные аудио ЦАП существуют в варианте R2R (также из-за их превосходных характеристик с низким уровнем шума), но никто в здравом уме не будет использовать его в качестве прецизионного ЦАП.
user36129
4
Откажитесь от 32 бит, потому что это соответствует динамическому аналоговому диапазону 192 дБ, и вы можете найти множество ЦАП «основной полосы»: analog.com/en/digital-to-analog-converters/…
pjc50
2
Это не верно , что R-2R ЦАП «изначально монотонный» , независимо от соответствия резистора. Тривиально построить контрпример. Кроме того, выход imepdeance ровно R.
Дэйв Твид
3
analog.com/library/analogdialogue/archives/44-04/ad5791.pdf Аналоговое приложение отмечает трудности, связанные с получением 20 значащих бит только на 1 МГц. Да, это лестница R-2R - на микросхеме, с тщательным заводским контролем процесса и отделкой.
pjc50
4

То, что у вас там, называется резисторной цепью R2R. Микросхемы, которые вы можете купить, также имеют такую ​​сеть внутри, но, поскольку она интегрирована, гораздо проще гарантировать точность. Посмотрите запись в Википедии о том, почему так важно иметь точные значения резисторов. Я бы сказал, что почти невозможно достичь точности интегральных схем с дискретным оборудованием.

Также многие ЦАП имеют последовательные интерфейсы, поэтому вам не нужно столько контактов от MCU, чтобы использовать их.

Гайер
источник
1
  • Размер в зависимости от разрешения (зависит от архитектуры)
  • Потребляемая мощность (пассивная, также зависит от архитектуры)
  • Эффекты нагрузки (входные / выходные импедансы)
  • Уровень шагов квантования зависит от подключенных устройств (см. Эффекты нагрузки)
  • точность
  • точность
  • Шум
  • Пропускная способность зависит от подключенных устройств (см. Эффекты нагрузки)
  • Слишком много важных компонентов ...
jsrmalvarez
источник
Это было бы лучше, если бы предваряло что-то, что ответило на вопрос. (то есть для чего этот список? Причины наличия ЦАП? Причины, по которым сети R2R не идеальны для всех ситуаций?)
JYelton