ระบบอาจารย์ที่ปรึกษา

รหัสนักศึกษา * :

* สำหรับนักศึกษารหัส 57 และ 58



Home
Faculty Introduction
ประวัติคณะวิศวกรรมศาสตร์
ทำเนียบคณบดี
สารจาก อธิการบดี
สารจาก คณบดี
วิสัยทัศน์ & พันธกิจ
คณะกรรมการบริหาร
คณาจารย์
บทความที่ได้รับตีพิมพ์
VDO แนะนำคณะวิศวกรรมศาสตร์
Departments
Electronics Engineering
Computer Engineering
Telecommunication & ICE
Control, Instrumentation and Mechatronics Engineering
Electrical Power Engineering
Mechanical Engineering
Civil Engineering
Chemical Engineering
Industrial & Logistics Engineering
Undergraduate Programs
Postgraduate Programs
โครงงานวิศวกรรม
ระเบียบการดำเนินการวิชาโครงงานวิศวกรรม
Download Font ที่ใช้ในการทำรายงานวิชาโครงงานวิศวกรรม
E-Classroom
Research Center
MIMs
CAMER
D3MC
Microwave & Antenna
Career Opportunities
Contact Us








เทคโนโลยี Sound DAC (ตอนที่ 1)

อาจารย์พัลลภ พันธุปรีชารัตน์​  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์  ​
 คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
12 มิถุนายน 2560   

       ในโลกของระบบเสียงดิจิตอลที่ผ่านมา จะปฏิเสธไม่ได้ว่า  ส่วนที่มีความสำคัญอย่างมากของระบบ ก็คือส่วนของการแปลงแปลงสัญญาณเสียงดิจิตอลเป็นสัญญาณแอนะลอก ซึ่งเทคโนโลยีการแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณแอนะลอกนี้ก็ได้มีการพัฒนากันมาเป็นระดับตั้งแต่วงจรที่สร้างจากความรู้พื่นฐานทางอิเล็กทรอนิกส์ จนมาถึงวิธิการทางคณิตศาสตร์ผ่านทางทฤษฎีทางประมวลสัญญาณทางดิจิตอล(Digital Signal Processing) อันมีผลทำให้คุณภาพของตัวแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณแอนะลอก (DAC) สูงขึ้นมาก  ยกตัวอย่างเช่น  ในปี 1996 เราสามารถทำชิบ DAC ให้มีไดนามิเรนได้ไม่เกิน 90 dB เท่านั้น แต่ปัจจุบันเรามี DAC ที่ ามารถทำไดนามิเรนได้เกิน 120 dB ไปแล้ว ทำให้เราน่าจะมาศึกษาความเป็นมาเป็นไปของการเปลี่ยนแปลงนี้ เพื่อให้เราเข้าใจ สิ่งที่อยู่เบื้องหลังของเสียงทางดิจิตอลที่เราจะได้ยินต่อไป

วงจรแปลงดิจิตอลเป็นแอนะลอก (D/A Converter Circuits)

       วงจร DAC เป็นวงจรที่ใช้ในการแปลงข้อมูลดิจิตอลที่อยู่ในรูปแบบไบนารีซึ่งเป็นสัญญาณอินพุตให้เป็นสัญญาณแอนะลอกที่เป็นสัญญาณเอาต์พุตในรูปของแรงดันหรือกระแสโดยมีสัญลักษณ์และกราฟความสัม- พันธ์ระหว่างอินพุตและเอาต์พุตดังแสดงในรูปที่ 1 

(ก) 

(ข)
รูปที่ 1 (ก) สัญลักษณ์ (ข) ความสัมพันธ์ของอินพุตและเอาต์พุตในรูปแรงดัน

       จากรูปที่ 1(ก) จะเห็นได้ว่าอินพุตที่เข้ามาในวงจร DAC มีจำนวน N บิต (b1,b2,...,bN)  ซึ่งจะถูกนำมารวมกับแรงดันอ้างอิง (reference voltage) VREF เพื่อใช้ในการกำหนดค่าเอาต์พุตของ DAC

วงจร DAC แบบ Binary-weighted resistors (หรือ Current-scaling)

รูปที่ 2 วงจร DAC แบบ Binary-weighted resistors

พิจารณาวงจรในรูปที่ 2 วงจรประกอบไปด้วยแรงดันอ้างอิง ตัวต้านทาน สวิตช์ และออปแอมป์  เมื่อทำการวิเคราะห์วงจรเพื่อหากระแส iO จะได้สมการดังนี้

ดังนั้นจะได้

(1)

       จากสมการที่ (1) ถ้าพิจารณาจากวงจรนี้จะเห็นว่าถ้าต้องการแปลงอินพุตที่มีจำนวนบิตมาก (N>4) ตัวต้านทานค่าต่ำสุดและสูงสุดที่ใช้ในวงจรจะมีค่าแตกต่างกันอย่างมาก (ยกตัวอย่างเช่น วงจร DAC ขนาด 12 บิต จะมีอัตราส่วนของความต้านทานจาก 4096 ถึง 1) ซึ่งเป็นการยากที่จะสร้างตัวต้านทานที่มีค่าเป็นอัตราส่วนกันให้มีความเที่ยงตรงตามที่ต้องการได้ อีกทั้งจะเห็นได้ว่ากระแสที่ถูกดึงออกจากแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิงนั้นจะมีค่าเปลี่ยนแปลงตามค่าอินพุตของวงจร ซึ่งกระแสที่เปลี่ยนแปลงนี้จะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันที่ไปตกคร่อมความต้านทานของแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิงยังผลทำให้เกิดความผิดพลาดในการแปลงข้อมูลขึ้นได้

วงจร DAC แบบ R-2R Ladders
       วงจรในรูปที่ 3 เป็นวงจร DAC แบบ R-2R Ladders เมื่อทำการวิเคราะห์วงจรจะได้ว่า

รูปที่ 3 วงจร DAC แบบ R-2R Ladders

(2)
 

ซึ่งจะได้

(3)
 

และ

(4)
 

       จากวงจรจะเห็นได้ว่าตัวต้านทานที่ใช้ในวงจรจะมีเพียงแค่ 2 ค่าและมีค่าที่แตกต่างกันเพียงเล็กน้อยเท่านั้นจึงสามารถแก้ไขปัญหาในการสร้างตัวต้านทานให้มีความเที่ยงตรงได้ไม่ยาก  อย่างไรก็ตามกระแสที่ถูกดึงออกจากแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิงนั้นก็ยังคงมีค่าเปลี่ยนแปลงตามค่าอินพุตของวงจรอยู่ ดังนั้นเพื่อที่จะแก้ไขปัญหาดังกล่าวให้หมดไปสามารถทำได้โดยการปรับปรุงวงจรให้เป็นดังรูปที่ 4

รูปที่ 4 วงจร DAC แบบ Bipolar R-2R Ladders

    จากวงจรรูปที่ 4 เมื่อทำการวิเคราะห์วงจรจะได้ว่าความสัมพันธ์ระหว่างกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานต่าง ๆ เหมือนดังสมการที่ (2) และจะได้

I1 = IREF

ซึ่งจะเห็นได้ว่ากระแสที่ไหลออกจากแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิงนั้นจะถูกกำหนดด้วยตัวต้านทาน RREF และจะไม่ขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงของค่าอินพุตอีกด้วย

       ในปัจจุบันมี IC สำเร็จรูปที่เป็นวงจร DAC แบบ R-2R Ladders ให้เลือกใช้งานอยู่ได้แก่ ไอซี PCM56 ของเบอร์บราวน์ เป็นต้น

       ในรูปที่ 5 แสดงรายละเอียดบล็อกไดอะแกรมของไอซี PCM56ของ เบอร์บราวน์ โดยบล็อก 16-Bit Iout DAC คือชุด R-2R Ladders ที่มีความเที่ยงตรงสูง

รูปที่ 5 รายละเอียดบล็อกไดอะแกรมของไอซี PCM56

ในตอนที่ 2 จะกล่าวถึงในเรื่อง ซิกม่า-เดลต้ามอดูเลชัน (Sigma Delta D/A Converter) และ Advanced segment DAC architecture อย่าลืมติดตามอ่านกันนะครับ



Copyright © 2014 Faculty of Engineering, Mahanakorn University of Technology. All Rights Reserved.