Osobine D/A pretvornika

Deset mogućih stanja dekadskog brojila može se prikazati s 4 binarna stanja (BCD kod). Dakle, sve znamenke od 0-999 mogu se prikazati s ukupno 12 binarnih stanja koristeći se s 3 dekade s po četiri binarna člana. Pojednostavljena shema takvog pretvornika prikazana je na narednoj slici.

Slika 7.1.7 Pretvornik s težinskim otporima za BCD pretvorbu.

Vrijednost otpora u svakoj dekadi je u odnosu 8:4:2:1, a umjesto mehaničkih sklopki upotrebljavaju se uklopne diode. Ako je napon U_d jednak naponu U_b dioda ne provodi i otpornik i njenoj grani ne sudjeluje u pretvorbi i obrnuto. Koristi se negativna logika za upravljanje, odnosno treba binarni broj invertirati (zamijeniti '0' s '1' te obratno - metoda I komplementa) te potom dovesti na priključke dioda. Sve jedinice na diodama značile bi da niti jedna ne provodi, što čini iznos struje u krugu jednak nuli i to je pretvorba vrijednosti 000000000000_BCD.

Razlučna moć je pri tome 1 promila. Instrument koji mjeri struju u sklopu samo je ilustracija jednog od načina prikazivanja analogne vrijednosti, u ovom slučaju struje, ali bi se isto tako uz pomoć strujnog pojačala ista mogla uporabiti za upravljanje nekim motorom ili kontrolnom elektrodom.

Na ukupnu točnost utječe tolerancija izrade otpornika. Tako na primjer vrijednost otpornika promijenjena za 1% u grupi stotica prekriva vrijednost jedinica. Zbog toga se radije koriste R-2R otporne mreže s izvorima konstantne struje u pojedinim otpornim granama, što današnjom tehnologijom nije teško izraditi.

Slika 7.1.8 Shema R-2R pretvornika sa strujnim izvorom.

Svi čvorovi mreže, odnosno spoj s otpornom mrežom ispod svake pojedine sklopke, imaju prema masi jednak otpor u iznosu 2/3 R. Uz izvor konstantne struje i pri uključenim svim sklopkama u svim čvorovima otporne mreže pad napona je isti.

Naravno sklopke nisu mehaničke već neka od elektroničkih izvedbi. Na nekom mjestu sklopka može biti otvorena ili zatvorena. Primjer na slici koristi negativnu logiku, odnosno logička '1' znači otvorenu sklopku. Dakle prije nego se BCD broj uporabi za upravljanje sklopkama treba izvršiti njegovu pretvorbu u I komplement (zamjena '0' s '1' te obratno).

Pad napona svake čvorne točke mreže djeluje na izlazni napon to manje što je čvorna točka udaljenija od izlaza. Taj efekt može se promatrati kao višestruko naponsko dijelilo kod kojeg svaki naredni član od izlaza prema kraju prigušuje napon na ulaz u član u omjeru 2:1. Izlazni napon sklopa prema slici računa se prema izrazu:

Ako su sve sklopke isključene U_izl=0. Neka je konstanta množenja K=(4/3)•I•R, kako bi se pojednostavnila analiza, te je U_izl=K•F, gdje je F izračunati iznos u zagradi ovisan o I komplementu binarnih kombinacija BCD broja. Dakle, upravljanje sklopkama temelji se na negativnoj logici. U narednoj tablici prikazan je primjer s tri čvora mreže.

Skok u vrijednostima na izlazu pretvornika iznosi za navedeni primjer 1/8 od najvećeg izlaznog napona. Ako bi se koristio pretvornik s 4 čvora točnost bi se povećala na skok od 1/16 najvećeg izlaznog napona. Izlazni napon prema primjeru pada s povećanjem vrijednosti BCD broja. To se vrlo lako promijeni postavljanjem na izlazu pojačala za promjenu referentnog nivoa.

Mreža otpornika u D/A pretvorniku zahtijeva da odstupanje vrijednosti otpora od deklarirane vrijednosti R ne bude veće od 1%. Za točnost pretvaranja važan je i točan odnos između pojedinih otpornika u svakom članu mreže. Razlike između tih odnosa moraju biti manje od 0.2%. Dakle, zahtijeva se vrlo velika preciznost izrade.

U gotovo svako računalo danas se može za vrlo malo novčanih izdataka ugraditi glazbena kartica koja omogućava snimanje i reprodukciju glazbenih zapisa, dakle dizajnirana je za frekventni raspon analognog signala od približno 10 Hz do 20'000 Hz. U općim analizama i ona može poslužiti za analizu analognih signala ako su njegove promjene unutar navedenog frekventnog raspona.

Primjer IV

Glazbena kartica u svom radu koristi neke od sklopova navedenih u prethodnim sadržajima. Njeni osnovni sastavni dijelovi, prema primjeru iz 'Creative Labs Sound Blaster' porodice uređaja su:

• Vanjski priključci
  Ulazni analogni priključci (standardni i mikrofonski ulaz)
  Izlazni analogni priključci (standardni izlaz i izlaz iz pojačala)
  MIDI ulazno / izlazni priključak - priključak za igraču palicu
  
• Unutrašnji priključci
  Analogni priključci za CD-DVD i PC zvučnik
  S/PDIF digitalni priključak po SONY specifikaciji
  Sučelje prema sabirnici (ISA ili PCI)
  
• Elektronički sklopovi
  Čip-ovi za sintezu glazbenih instrumenata i posebne efekte (MIDI)
  Memorija sa stalnim i proizvoljnim glazbenim uzorcima (ROM i RAM)
  DSP (Digital Signal Processor) procesor za obradu digitalnih zapisa
  
• Programska potpora
  MIDI i CD svirači
  Analizatori i obrada binarno zapisanih glazbenih sadržaja
  Nadzor nad svim ulaznim i izlaznim signalima (mixer)

DSP služi za dodavanje glazbenih efekata već postojećim zapisima te uzorkovanje analognog ulaznog signala i njegovu pohranu u vidu binarnih zapisa. Kvaliteta i mogućnosti programske potpore i ugrađenih elektroničkih komponenti osnovni je čimbenici kako će se mogućnosti DSP iskoristiti.

Uobičajeni parametri glazbene kartice dati su u narednoj tablici.

Sve navedene radnje omogućavaju ugrađeni A/D i D/A pretvornici, često objedinjeni u jednom integriranom krugu uobičajenom nazvanim A/D/A pretvornik. Ako se opisanoj kartici pridodaju još multimedijske osobitosti, kao podrška za kućno kino, njezina funkcionalnost je još značajnija. Moderne matične ploče imaju ugrađene multimedijske integrirane krugove zahvaljujući napretku tehnologije, ali se po osobitostima oni ne mogu usporediti s mogućnostima koje daje jedna strogo namjenska glazbena kartica. Naravno, svi dodaci koštaju.

U svijetu računala D/A pretvornik prisutan je su svakoj grafičkoj kartici. Iz memorije grafičke kartice, u koju je grafički procesor upisao sadržaj slike, treba više od 50 puta u sekundi očitati njen sadržaj i adekvatno ga prikazati na zaslonu monitora. Uređaj koji vrši ovu pretvorbu često nosi skraćenicu RAMDAC. Količina grafičke memorije i brzina D/A pretvorbe (često veća od 200 MHz) osnovni su pokazatelji kvalitete grafičke kartice računala.

SAŽETAK:

U današnje doba primjene elektronike, sve se više pribjegava rješenjima koja će u budućnosti jamčiti jednostavnost i pristupačnost elektroničkih uređaja svim korisnicima. Tako je digitalna elektronika u vrlo kratkom razdoblju postigla zavidnu primjenu. A/D i D/A pretvornici toliko su već rasprostranjeni da ih je već danas teško mimoići. Njihova uporaba u budućnosti sigurno će se povećati, osobito u sustavima za automatizaciju proizvodnih procesa.

Uzgred, vozila 'Formule 1' imaju preko 300 senzora i aktuatora; senzora za pretvaranje mehaničkih promjena u električne veličine i aktuatora za obrnut proces, uz bežičnu povezanost s računalom koje nadzire sva zbivanja na vozilu i izvrši se oko stotinjak tisuća mjerenja u jednoj sekundi. Vozač upravlja, a 'trkači inženjer' nadzire sva zbivanja od kojih nešto korigira sam a nešto sugerira vozaču kako bi ovaj na najbolji mogući način iskoristio svojstva vozila. Dakle, vrši se telemetrija - mjerenje i upravljanje na daljinu, a uz to prenosi se i slika s ugrađenih kamera na vozilu glede TV prijenosa. Brzina komunikacije između vozila i računala je preko 10 Mbps. I još je sve skupa povezano s nadzornim timom utrke. 'Štoperica' je definitivno otišla u povijest.

Osobitu važnost u upravljanju ili nadzoru proizvodnih procesa imaju MIKROKONTROLERI, računala najčešće manje procesne moći nego uobičajena PC računala, koja za razliku od PC-a, ne komuniciraju s ljudima nego uglavnom sa strojevima.