Чому мікроконтролери зазвичай не мають мікросхем ЦАПів?


44

У цій відповіді я прочитав, що у мікроконтролерів зазвичай немає ЦАПів, в той час як у них є АЦП. Чому так?

редагувати
Я ціную, що інтеграція резисторів, як у ЦАП R-2R, дорога з точки зору нерухомості (дякую Майку, за вашу відповідь), але я подумав, що переключені струми ЦАПів можуть бути зроблені дуже маленькими, оскільки їм потрібна лише кілька транзисторів.


+1 - це дійсно гарне запитання. Я теж дивувався тому ж.
sybreon

Мені потрібно виміряти 2 напруги з A / D, а потім генерувати 2 D / A сигнали одночасно. Це для управління струмом через 2 транзистори одночасно. Шум і нелінійність методів ШІМ з фільтруванням на одній або подвійній полюсах є справжньою проблемою. Іноді хочеться "повернутися до аналога". Схоже, для мене рішення Cypress. Вся причина в першу чергу з мікрофоном - зменшити кількість деталей. Додавання таких речей, як позашляхові перемоги D / A, що вийшли за ворота.

Відповіді:


30

По-перше, деякі мікроконтролери мають перетворювачі D / A. Однак вони набагато рідше, ніж перетворювачі A / D.

Крім технічних питань, основна причина - попит на ринку. Подумай над цим. Який додаток потребує справжнього ПД? Досить рідко хочеться, щоб мікропродукував аналоговий сигнал з досить високою швидкістю, якщо справа не в обробці сигналу. Основним ринком для цього є аудіо, і для цього потрібно набагато більше роздільної здатності, ніж ви можете побудувати за допомогою того самого процесу, який використовується для виготовлення цифрового мікроконтролера. Таким чином, аудіо буде використовувати зовнішні A / D та D / Як і в будь-якому випадку. DSP, призначені для таких додатків, мають вбудоване обладнання для зв'язку для спілкування з такими зовнішніми пристроями, як I2S.

В іншому випадку для звичайних керуючих програм стратегія полягає в перетворенні в цифровий на початку процесу, а потім зберігають речі цифровими. Це стверджує, що A / Ds, але D / As марні, оскільки ви не хочете повертатися до аналогових.

Речі, якими зазвичай керують мікроконтролери, керуються ШІМ (PulseWidth Modulation). Комутаційні джерела живлення та аудіо класу D по суті працюють над імпульсами. Управління двигуном, електромагнітне управління та ін. Робиться з імпульсами для підвищення ефективності. Ви хочете, щоб елемент пропускання був повністю або повністю відключений, оскільки ідеальний перемикач не може розсіяти жодну потужність. У великих системах або там, де вхідна потужність обмежена або дорога (наприклад, робота батареї), ефективність комутаційних систем є важливою. У багатьох середніх випадках загальна використана потужність не є проблемою, але позбавлення від витраченої енергії, як тепло. Схема комутації, що розсіює 1 Вт замість 10 Вт, може коштувати трохи більше в електронних частинах, ніж лінійна схема 10 Вт, але в цілому набагато дешевша, тому що вам не потрібен радіатор з пов'язаними розмірами та вагою,

Зауважте, що ШІМ-виходи, які є дуже поширеними в мікроконтролерах, можуть використовуватися для отримання аналогових сигналів у незвичних випадках, коли вони вам потрібні. Низькочастотна фільтрація ШІМ-виходу - це найпростіший і найприємніший спосіб зробити аналоговий сигнал з мікрофона, якщо у вас є виріб з достатньою швидкістю *. Фільтровані вихідні ШІМ є монотонними та сильно лінійними, і роздільна здатність проти швидкості може бути корисною.

Чи маєте ви щось на увазі, що хотіли, щоб мікрофон мав перетворювач D / A? Цілком ймовірно, що це може бути вирішено з низькопрохідним відфільтрованим ШІМ або ж у будь-якому разі знадобиться зовнішній D / A для більшої швидкості * Зазор між відфільтрованою ШІМ і зовнішньою досить вузький, а також тип додатків, яким насправді потрібен такий сигнал.


Крім аудіо, Генератор довільних функцій (ARB) - це єдиний додаток, про який я не можу придумати, де ви не можете використовувати ШІМ.
stevenvh

Єдиний момент, коли ЦАП здається мені корисним, коли потрібна висока роздільна здатність І висока швидкість. ШІМ має обмежену роздільну здатність через лічильник або таймер, і з певною швидкістю оновлення він вимагає дуже високої посилання на швидкість.
Ганс

Інше місце, яке це корисно, - це коли вам потрібна напруга обрізки для даного аналогового датчика аналогового зміщення.
Rocketmagnet

1
@Rocket: Обрізки обрізки мають дуже низьку пропускну здатність, тому ШІМ з фільтром з низьким проходом добре справляється з ними. Для цього не потрібно багато зайвих деталей, оскільки ви, як правило, хочете змістити та послабити повний діапазон виходу для регулювання обробці.
Олін Латроп

1
Я не впевнений, наскільки представник інших виробників µc, але приблизно 10% PIC µc мають вбудовані D / A, я вважаю, що вони всі 10-бітні. 16 ПІК (переважно в сім'ях PIC24 та dsPIC33, але пара PIC16) мають два D / A.
tcrosley

12

ЦАП є відносно дорогими в районі кремнію. Набагато менше програм потребує аналогового виводу, ніж введення, а функціональність ЦАП, необхідна для великої частки додатків, може бути досягнута дешевше за допомогою ШІМ та невеликої кількості зовнішньої фільтрації.


6

Ще два питання, ще не згадані:

  • Існує багато випадків, коли частина повинна мати можливість вимірювати напруги на багатьох штирях, але не одночасно. Для цього можна використовувати один АЦП разом з одним прохідним кодом на контакт. Навпаки, більшість частин, які потребують декількох виходів ЦАП, потребуватимуть їх одночасно.

  • Схеми, які інтерфейсують АЦП у зовнішній світ, повинні мати можливість передавати лише достатній струм, щоб зарядити або розрядити будь-яку навмисну ​​або паразитарну ємність на вхідній схемі АЦП. Мало того, що струм досить невеликий, але він по суті не залежить від програми. Додаткова площа, необхідна для оброблення "найгірших" вимог поточного поводження, буде незначною порівняно з тим, що потрібно для чогось, що може працювати в сприятливих умовах застосування. На противагу цьому, різні програми DAC матимуть різні поточні вимоги до джерела чи потоку, і кількість мікросхем, необхідна для виконання цих вимог, сильно відрізнятиметься. Витратити 20% площі чіпа на пару ЦАПів, які точно відповідають вимогам програми, було б розумним,

До речі, одна з методик, яку я не бачив багато, - це поєднувати ЦАП з ШІМ. Використовуючи ЦАП R / 2R, можна легко додати додатковий вхід, вага якого такий же, як LSB (так, наприклад, ЦАП 3 + 1 на вході матиме вагу 1/2, 1/4, 1/8 і 1/8). Прийняття 8-бітного ЦАП і додавання до нього ШІМ-сигналу може дати 12-бітний результат при 1/128 шуму 12-бітової ШІМ, але з меншими витратами, ніж використання 12-бітового ЦАП порівнянної лінійності.


1

Як сказав Олін, деякі MCU мають ЦАП. Погляньте на Cypress PSoC3 та PSoC5. Вони містять до двох ЦАПів. Вони можуть бути надзвичайно корисними в аналогових програмах зондування, які вимагають напруги обрізки перед посиленням.

Наприклад, ми використовували один для вимірювання виходів датчиків тиску. Кожна мікросхема датчика тиску має випадкове зміщення напруги. Коли MCU скидається, він встановлює напругу ЦАП приблизно менше, ніж вихід датчика. Тоді посилюється різниця між цими напругами.

Це чудово, щоб мати ADC, DAC, Opamps та MCU все в одному чіпі.


1
Про використання DAC з датчиком тиску, де ви застосували зміщення напруги. Звичайно, я не знаю подробиць вашої схеми. Але чи не було б простіше записати зсув у пам'яті UC та застосувати виправлення цифровим способом у прошивці?
Нік Алексєєв

@NickAlexeevit може бути не найкращим ділом, оскільки таким чином ви витрачаєте частину діапазону АЦП, знижуючи точність.
clabacchio

Саме так. Якщо ви хочете застосувати посилення (x50), то вам потрібно мати найнижчу диференціальну напругу при нульовому тиску.
Rocketmagnet

0

Переглянувши це в 2017 році, зараз існує ряд мікроконтролерів, які включають ЦАП (крім перерахованих вище Cypress PSOC та PIC):

  • Аналогові пристрої ADuC70xx
  • Atmel AVR XMEGA (деякі частини)
  • Infineon XMC4100 / XMC4200
  • Серія NXP Kinetis, інші
  • Renesas H8, R8, інші
  • Кремнієві лабораторії
  • STMicroelectronics деякі з серії STM32
  • TI, деякі з серії MSP430, а також деякі серії C2000
  • Zilog (з процесором Z8)

Пошук по індексу продуктів Digikey > Інтегральні схеми> Вбудовані - Мікроконтролери надають список із одним із стовпців із написом "Перетворювачі даних"

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.