Por que devemos precisar dos CIs do CAD?

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Por favor, veja o esquema abaixo. Este é um somador resistivo muito simples que funciona bem com qualquer padrão! (TTL, CMOS, ...) ou qualquer voltagem arbitrária que é alimentada nele. Por outro lado, como não há componente ativo, é extremamente rápido. É feito apenas de alguns resistores, por isso é muito barato. Por outro lado, não há limitações para o número de bits de entrada (ele pode ser facilmente expandido para 32, 64 ou centenas de bits).

Então, por que precisamos de CIs DAC? Estou procurando um DAC de alta frequência e 32 bits. Tais dispositivos não são encontrados facilmente e, se encontrados, são bastante caros. Qual é a vantagem pela qual devo pagar para encontrar esses dispositivos? Eu acho que deve haver alguma vantagem que eles valem a pena ser comprados. A única coisa em que consigo pensar é na amplificação inerente (por exemplo, TTL -> 10V ou mais), mas esse objetivo é simplesmente alcançável com qualquer tipo de amplificação.

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Agosto
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"... não há limitação no número de bits". Errado. Faça a análise de erro. Pense nisso. Qual é a precisão desses resistores para suportar seu número hipotético de 32 bits? Resistores de 1% nem são bons para 7 bits.
Olin Lathrop #

Respostas:

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O que você tem ali é o que é conhecido no campo como um R-2R DAC, um dos muitos tipos diferentes de topologias de conversor digital para analógico frequentemente empregadas. Você respondeu sua própria pergunta: por que precisamos de DACs quando temos essa topologia de DAC? Porque é um DAC!

Os DACs R-2R, por si só, não são excelentes como um conversor digital para analógico de uso geral. A impedância de saída de um R-2R DAC é muito alta, o que significa que a largura de banda será rapidamente muito limitada. Mesmo algumas dezenas de capacitâncias de picofarads na saída reduzirão a largura de banda efetiva e aumentarão o tempo de acomodação na região de MHz. E isso é igualmente verdadeiro se você armazenar em buffer a saída com um seguidor de opamp - opamps bem aparados não são fornecidos com capacitâncias de entrada abaixo de pF, e reduzir as resistências da escada R-2R aumenta rapidamente o consumo de energia até o ponto inaceitavelmente alto . Não me entenda mal, existem DACs R-2R com largura de banda super alta no mercado, mas esses são os tipos de chips que você encontra em geradores arbitrários de formas de onda em alguns escopos, e eles têm um pouco de dissipador de calor e ventilador em cima deles .

Existem outras vantagens e desvantagens que você pode fazer com outras topologias do DAC. Por exemplo, os DACs delta-sigma não precisam ter um opamp de saída de buffer de precisão e, portanto, podem ser estendidos para profundidades de bits muito altas (24-32 bits), onde o R-2R - por causa do critério de buffer de saída - raramente ultrapassa os 12 bits . A aproximação sucessiva é outra topologia usada, que possui uma amostra e retenção na saída que pode ser acionada com impedância extremamente baixa (a mesma razão pela qual inversamente os ADCs SAR podem ter uma impedância de entrada muito alta).

user36129
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O grande problema com um R-2R é que, além de alguns bits, os resistores precisam ser correspondidos com mais precisão do que os disponíveis, e os sinais digitais de acionamento também devem ter as propriedades correspondentes com precisão. Ambos tornam um R-2R com componentes discretos impraticáveis ​​além de, digamos, 8 bits.
Wouter van Ooijen
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@WoutervanOoijen: na verdade, as escadas R2R são muito boas na geração de sinais com muitos bits sem qualquer combinação de resistores. Mesmo com os piores resistores do mundo, o código ainda será fundamentalmente sempre monotônico (por bit). Você obtém muitas e muitas resoluções, mas, devido aos problemas acima mencionados na correspondência, obtém uma precisão e exatidão horríveis. É por isso que os DACs de áudio de 16/24 bits existem na variante R2R (também por suas excelentes características de baixo ruído), mas ninguém em sã consciência o usaria como um DAC de precisão.
precisa saber é o seguinte
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Desista de 32 bits, porque essa gama analógico dinâmica corresponde a 192dB, e você pode encontrar abundantes "baseband" DACs: analog.com/en/digital-to-analog-converters/...
pjc50
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Não é verdade que os DACs R-2R sejam "inerentemente monotônicos", independentemente da correspondência do resistor. É trivial construir um contra-exemplo. Além disso, a imepdeance de saída é exatamente R.
Dave Tweed
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analog.com/library/analogdialogue/archives/44-04/ad5791.pdf Nota do aplicativo analógico sobre as dificuldades de alcançar 20 bits significativos, em apenas 1MHz. Sim, é uma escada R-2R - em um chip, com cuidadoso controle de processo de fábrica e corte.
Pjc50
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O que você tem lá é chamado de escada do resistor R2R. Os CIs que você pode comprar também possuem essa rede internamente, mas como é integrada, é muito mais fácil garantir a precisão. Veja a entrada da Wikipedia sobre por que é tão importante ter valores exatos do resistor. Eu diria que é quase impossível alcançar a precisão de circuitos integrados com hardware discreto.

Muitos DACs também têm interfaces seriais, portanto você não precisa de tantos pinos do seu MCU para usá-los.

Geier
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  • Tamanho versus bits de resolução (depende da arquitetura)
  • Consumo de energia (passivo, também depende da arquitetura)
  • Efeitos de carga (impedâncias de entrada / saída)
  • O nível das etapas de quantização depende dos dispositivos conectados (consulte efeitos de carga)
  • Precisão
  • Precisão
  • Ruído
  • Largura de banda dependente de dispositivos conectados (consulte efeitos de carga)
  • Muitos componentes críticos ...
jsrmalvarez
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Isso seria melhor se precedido de algo que respondesse à pergunta. (?? ou seja, que é esta lista de razões para ter DACs redes Razões R2R não são ideais para todas as situações?)
JYelton