In dieser Antwort habe ich gelesen, dass Mikrocontroller normalerweise keine DACs haben, während sie ADCs haben. Warum ist das so?
Bearbeiten
Ich schätze , dass die Widerstände wie in einem R-2R - DAC ist teuer in Bezug auf Immobilien (Danke Mike, für Ihre Antwort) zu integrieren, aber ich dachte , Schaltstrom DACs sehr klein gemacht werden können , da sie nur eine Handvoll von Transistoren benötigen.
microcontroller
dac
Federico Russo
quelle
quelle
Antworten:
Erstens haben einige Mikrocontroller D / A-Wandler. Diese sind jedoch weitaus seltener als A / D-Wandler.
Hauptgrund ist neben den technischen Fragen die Marktnachfrage. Denk darüber nach. Welche Art von Bewerbung würde eine echte D / A erfordern? Es ist ziemlich selten, dass ein Mikro ein angemessen schnelles analoges Signal erzeugen soll, es sei denn, es geht um die Signalverarbeitung. Der Hauptmarkt dafür ist jedoch Audio, und das erfordert viel mehr Auflösung, als Sie mit dem gleichen Prozess erstellen können, der für die Herstellung des digitalen Mikrocontrollers verwendet wurde. Daher werden für Audio ohnehin externe A / Ds und D / As verwendet. DSPs, die für solche Anwendungen vorgesehen sind, verfügen über integrierte Kommunikationshardware, um mit solchen externen Geräten wie I2S zu kommunizieren.
Andernfalls besteht die Strategie für normale Steuerungsanwendungen darin, bereits zu Beginn des Prozesses auf digital umzusteigen und die Dinge dann digital zu halten. Dies spricht für A / Ds, aber D / As sind nutzlos, da Sie nicht auf Analog zurückgreifen möchten.
Dinge, die Mikrocontroller normalerweise steuern, werden mit PWM (PulseWidth Modulation) gesteuert. Schaltnetzteile und Class-D-Audio arbeiten von Natur aus mit Impulsen. Die Motorsteuerung, die Magnetsteuerung usw. erfolgen aus Effizienzgründen mit Impulsen. Sie möchten, dass das Durchgangselement entweder vollständig ein- oder ausgeschaltet ist, da ein idealer Schalter keine Leistung abführen kann. In großen Systemen oder wo die Eingangsleistung knapp oder teuer ist (wie der Batteriebetrieb), ist die Effizienz von Schaltsystemen wichtig. In vielen mittelgroßen Fällen ist die insgesamt verbrauchte Energie nicht das Problem, aber die Verschwendung von Energie als Wärme ist loszuwerden. Ein Schaltkreis mit einer Verlustleistung von 1 W anstelle von 10 W kostet in elektronischen Bauteilen möglicherweise etwas mehr als der lineare Schaltkreis mit 10 W, ist jedoch insgesamt erheblich billiger, da Sie keinen Kühlkörper mit der entsprechenden Größe und dem entsprechenden Gewicht benötigen.
Beachten Sie, dass PWM-Ausgänge, die in Mikrocontrollern häufig verwendet werden, für die Erzeugung von analogen Signalen verwendet werden können, wenn diese in Ausnahmefällen benötigt werden. Die Tiefpassfilterung eines PWM-Ausgangs ist die einfachste und schönste Möglichkeit, ein analoges Signal von einem Mikro zu erzeugen, sofern Sie ein Produkt mit ausreichender Auflösung und Geschwindigkeit haben. Gefilterte PWM-Ausgänge sind schön monoton und sehr linear, und der Kompromiss zwischen Auflösung und Geschwindigkeit kann nützlich sein.
Hatten Sie spezielle Wünsche, für die ein Mikro einen D / A-Wandler hätte? Möglicherweise kann dies mit tiefpassgefiltertem PWM gelöst werden oder es wird ohnehin ein externer D / A für eine höhere Auflösung * Geschwindigkeit benötigt. Die Lücke zwischen gefiltertem PWM und externem ist ziemlich eng, und die Art von Anwendungen, die tatsächlich ein solches Signal benötigen, ist ebenfalls eng.
quelle
DACs sind im Siliziumbereich relativ teuer. Weitaus weniger Anwendungen benötigen einen analogen Ausgang als einen Eingang, und die DAC-Funktionalität, die für einen großen Teil der Anwendungen benötigt wird, kann mit PWM und einer geringen Menge an externer Filterung kostengünstiger erzielt werden.
quelle
Zwei weitere Punkte, die noch nicht erwähnt wurden:
Es gibt viele Fälle, in denen ein Teil in der Lage sein muss, die Spannungen an vielen Stiften zu messen, jedoch nicht gleichzeitig. Es ist möglich, einen einzelnen ADC zusammen mit einem Pass-Gate pro Pin zu verwenden, um dies zu erreichen. Im Gegensatz dazu benötigen die meisten Teile, die mehrere DAC-Ausgänge benötigen, diese gleichzeitig.
Die Schaltung, die einen ADC mit der Außenwelt verbindet, muss in der Lage sein, nur genügend Strom zu übertragen, um eine absichtliche oder parasitäre Kapazität in der Eingangsschaltung des ADC zu laden oder zu entladen. Das ist nicht nur eine ziemlich kleine Strommenge, sondern im Wesentlichen unabhängig von der Anwendung. Der zusätzliche Bereich, der für die Handhabung für "Worst-Case" -Stromanforderungen erforderlich ist, wäre vernachlässigbar im Vergleich zu dem, was für etwas erforderlich wäre, das unter günstigen Anwendungsbedingungen funktionieren könnte. Im Gegensatz dazu stellen unterschiedliche DAC-Anwendungen unterschiedliche Anforderungen an die Strombeschaffung oder -senkung, und die zur Bewältigung dieser Anforderungen erforderliche Chipfläche würde erheblich variieren. Es wäre sinnvoll, 20% der eigenen Chipfläche für ein paar DACs auszugeben, die genau den Anforderungen einer Anwendung entsprechen.
Übrigens besteht eine Technik, die ich nicht oft gesehen habe, darin, einen DAC mit einem PWM zu kombinieren. Wenn Sie einen R / 2R-DAC verwenden, können Sie ganz einfach einen zusätzlichen Eingang hinzufügen, dessen Gewicht mit dem des LSB identisch ist (z. B. würde ein DAC mit 3 + 1 Eingängen eine Gewichtung von 1/2, 1/4, 1/8 und haben 1/8). Wenn Sie einen 8-Bit-DAC verwenden und ein PWM-Signal hinzufügen, erhalten Sie möglicherweise ein 12-Bit-Ergebnis mit 1/128 des Rauschens eines 12-Bit-PWM, jedoch zu geringeren Kosten als bei Verwendung eines 12-Bit-DAC mit vergleichbarer Linearität.
quelle
Wie Olin sagte, haben einige MCUs DACs. Schauen Sie sich die Cypress PSoC3 und PSoC5 an. Sie enthalten bis zu zwei DACs. Diese können in analogen Abtastanwendungen, die vor der Verstärkung eine Abgleichspannung erfordern, äußerst nützlich sein.
Zum Beispiel haben wir einen zur Messung der Ausgänge von Drucksensoren verwendet. Jeder Drucksensorchip hat einen zufälligen Spannungsversatz. Wenn die MCU zurückgesetzt wird, setzt sie die DAC-Spannung auf etwas weniger als die Ausgabe des Sensors. Dann verstärkt sich die Differenz zwischen diesen Spannungen.
Es ist großartig, ADC, DAC, Opamps und MCU in einem Chip zu haben.
quelle
Inzwischen gibt es eine Reihe von Mikrocontroller-Familien, die DACs enthalten (zusätzlich zu den oben aufgeführten Cypress PSOC und PIC):
Suche in Digikey Produktverzeichnis> Integrierte Schaltungen (ICs)> Eingebettet - Mikrocontroller gibt eine Liste mit einer der Spalten mit der Bezeichnung "Datenkonverter".
quelle