مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) چیست؟

سلام . در این نوشته یک ویژگی اصلی از الکترونیک مدرن یعنی مبدل های دیجیتال به آنالوگ یا DAC را معرفی میکنیم. این مبدل ها بخش اصلی پروژه هایی هستند که در آنها میخواهیم سیگنال های دیجیتال دریافت شده را به شکلی که دستگاه های آنالوگ بتوانند با آنها ارتباط برقرار کنند، تبدیل کنیم.

به زبان ساده DAC ها گام ضروری در تبدیل صفر و یک های کامپیوتر به ویدیو، صدا و سایر داده های حسی است که می توانید درک کنید. مبدل های دیجیتال به آنالوگ همچنین می توانند دستورهای دیجیتال را به اشیا فیزیکی تبدیل کنند. این امکان به کاربر اجازه می دهد تا دستگاه های مکانیکی را به صورت دیجیتالی کنترل کند. از متداول ترین کاربرد های مبدل دیجیتال به آنالوگ در دستگاههای مکانیکی تولید صداست. هر پخش کننده صوتی با منبع دیجیتال باید بیت ها و بایت ها را به یک خروجی الکتریکی تبدیل کند تا بتواند بلندگو را درایو کند.این دستگاه ها شامل موارد زیر هستند :

• CD
• DVD
• تلفن همراه
•  Mp3 player
• کارت صدای کامپیوتر
• کالیبراسیون در سیستم های تست و اندازه گیری
• کنترل موتورها
• در برخی معماری های مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC) ، از بخش DAC برای مقایسه و بررسی درستی عملکرد مبدل استفاده میشود

همچنین DAC ها را در دستگاه های پخش کننده ویدئو زیاد میبینیم،زیرا تقریبا همه ی نمایشگرها و دستگاههای مدرن ویدیویی از روش دیجیتالی ذخیره سازی داده های تصویری استفاده می کنند.

معیارهای انتخاب برای DAC :

ما می توانیم DAC را بر اساس چندین معیار ارزیابی کنیم

• دقت (Resolution) : معمولا رزولوشن را برحسب بیت بیان میکنیم. که در واقع بیانگر توان های عدد 2 است. مثلا یک DAC با رزولوشن 8 بیت، میتواند 2 به توان 8 (یعنی 256) سطح خروجی ایجاد کند. همین دقت در تبدیل است که وضوح و کیفیت ویدئو و یا صدای خروجی را تعیین میکند. اساساً ، رزولوشن حداقل بیت قابل توجه (LSB) را ایجاد می کند که ، در DAC ، به کوچکترین تغییر در خروجی DAC در پاسخ به ورودی دیجیتال اشاره دارد .
• سرعت : از اصطلاح حداکثر سرعت نمونه برداری برای نشان دادن بیشترین سرعتی که مبدل دیجیتال به آنالوگ میتواند برای تولید خروجی صحیح داشته باشد ، استفاده میکنیم.
• یکنواختی : یکنواختی توانایی DAC را برای حفظ خروجی تعریف می کند که جهت ورودی را دنبال می کند. یعنی قبل از گرایش به سمت پایین وقتی ورودی کم می شود ، DAC نباید جهش داشته باشد.
• دامنه دینامیکی:ما دامنه دینامیکی را برحسب دسی بل بیان می کنیم.این محدوده اختلاف بین حداکثر و حداقل سیگنال خروجی را که سیستم می تواند بدست آورد فراهم می کند.

نحوه عملکرد DAC

معماری مبدل های دیجیتال به آنالوگ :

دو ساختار متداول برای مبدل های DAC وجود دارد :

• مدار مبدل دیجیتال به آنالوگ مقاومت وزن‌دار باینری (Binary Weighted Resistor)
• مدار مبدل دیجیتال به آنالوگ نردبانی R-2R

مقاومت های وزنی (DAC) از یک بانک مقاومت سوییچ شده استفاده می کنند.دراینجا یک راهنمای سریع براساس نحوه عملکرد آنها آورده ایم :

1. DAC از یک مدار منطقی متصل به مقاومتها تشکیل شده است. که هر کدام مربوط به یک بیت خاص است (به عنوان مثال ، یک DAC هشت بیتی دارای 8 مقاومت ، متناظر با  2⁰ تا  2⁷ است). مقاومت ها مقادیری هستند که با فرمت دودویی وزن می شوند (اندازه هر مقاومت دو برابر بیشتر از مقاومت قبل از خود است).

2. مدار منطقی DAC همه بیت های ورودی دیجیتال را به طور همزمان دریافت می کند ، و بر اساس ورودی باینری که دریافت کرده است ، وضعیت اتصال مقاومت ها را تغییر میدهد.

3. زمانی که مدار منطقی صفر دریافت میکند، کلید مقاومت را به زمین وصل میکند.

4. و هنگامی که مدار منطقی ما یک دریافت میکند، کلید مقاومت را به ولتاژ مرجع متصل میکند.

5- در خروجی ، یک تقویت کننده جمع کننده ولتاژها را برای تشکیل سیگنال خروجی ترکیب می کند و ولتاژهای دیجیتال را به یک خروجی آنالوگ تبدیل می کند.

مدار مبدل دیجیتال به آنالوگ مقاومت وزن‌دار باینری

6. مبدل های R-2R دارای ساختار تکرار شونده مقاومت با مقادیر R و 2R هستند. این طراحی تولید مقاومتهای همسان را آسان تر کرده و دقت را بهبود می بخشد.

ممکن است گاهی اوقات دستگاه هایی را ببینید که مبدل تقسیم بندی شده (segmented  DACs) نام گذاری شده اند. در یک ADC تقسیم شده ممکن است از چند معماری متفاوت استفاده شود. یکی برای مدیریت پرارزش ترین بیت ها و دیگری برای مدیریت کم ارزش ترین بیت ها. تولیدکنندگان این نوع ADC ها را برای دستیابی به دفت و عملکرد بهتر در مبدل های دیجیتال به انالوگ طراحی کرده اند. اما اکثرا قیمت بالاتری نسبت به انواع دیگر مبدل های DAC دارند.

انتخاب DAC مناسب برای پروژه

برای انتخاب یک DAC مناسب که ممکن است در پروژه های آینده خود از آن استفاده کنید، بهتر است با بررسی نیازهایتان برای کاربرد مدنظر شروع کنید :

1. برای دیکد کردن چه چیزی میخواهید از DAC استفاده کنید ؟ ویدئو ، صدا یا چیز دیگری ؟

2. نیار به پردازش چه میزان داده ای دارید و آیا سرعت یا وضوح برای کاربرد مدنظرتان بسیار مهم است؟

3. چند عدد کانال خروجی نیاز دارید ؟

پاسخ دادن به این سوالات قبل اینکه شروع بi جستجو کنید، زمینه جستجو را بسیار محدودتر میکند.

اگر با ویدئو کار میکنید، به احتمال زیاد سرعت از دقت تبدیل اهمیت بیشتری خواهد داشت. خصوصاً اگر میخواهید دستگاه کوچک یا قابل حملی بسازید. به دلیل حجم زیاد داده های مورد نیاز برای ویدئو ، سرعت بسیار مهم است. اگر نمایشگر بزرگ نیست ، می توانید بیشتر روی سرعت تمرکز کنید و وضوح را تا حدی نادیده بگیرید. برای صدا، باید برعکس این را در نظر بگیرید. DAC شما به داده های نسبتاً کمی حتی برای فایلهای صوتی بدون ضرر (FLAC) احتیاج دارد. برای این کاربردها ، دستگاهی با وضوح خوب انتخاب کنید.

همچنین ممکن است بخواهید هنگام انتخاب، معماری DAC را در نظر بگیرید. دستگاه های R-2R DAC دقت بالاتری را ارائه می دهند و مبدل های تقسیم بندی شده معمولا بر اساس عملکرد ساخته میشوند.