为什么微控制器通常没有片上 DAC?

电器工程 微控制器 解码器
2022-01-01 04:27:41

这个答案中,我读到微控制器通常没有 DAC,而它们有 ADC。这是为什么?

编辑
我很欣赏像 R-2R DAC 这样的集成电阻器在房地产方面是昂贵的(感谢 Mike,您的回答),但我认为开关电流 DAC 可以做得非常小,因为它们只需要几个晶体管。

4个回答

首先,一些微控制器确实有 D/A 转换器。然而,这些远不如 A/D 转换器常见。

除了技术问题,主要原因还是市场需求。想想看。什么样的应用程序需要真正的 D/A?除非重点是信号处理,否则很少需要微控制器产生相当高速的模拟信号。然而,其主要市场是音频,这需要比使用制造数字微控制器的相同工艺构建的分辨率高得多。所以音频无论如何都会使用外部 A/D 和 D/A。用于此类应用的 DSP 具有内置的通信硬件,可与此类外部设备(如 I2S)进行通信。

否则,对于普通控制应用,策略是尽早转换为数字化,然后保持数字化。这支持 A/D,但 D/A 没用,因为您不想回到模拟。

微控制器通常控制的东西是通过 PWM(脉冲宽度调制)控制的。开关电源和 D 类音频本质上是在脉冲上工作的。电机控制、螺线管控制等都是用脉冲来完成的,以提高效率。您希望通过元件完全打开或完全关闭,因为理想的开关不能消耗任何功率。在大型系统或输入功率稀缺或昂贵的地方(如电池操作),开关系统的效率很重要。在许多中等情况下,使用的总功率不是问题,而是像热量一样摆脱浪费的功率。耗散 1 W 而不是 10 W 的开关电路在电子部件中的成本可能比 10 W 线性电路高一点,但总体而言要便宜得多,因为您不需要具有相关尺寸和重量的散热器,

请注意,在微控制器中非常常见的 PWM 输出可用于在您需要它们的特殊情况下生成模拟信号。只要您有足够的分辨率*速度产品,对 PWM 输出进行低通滤波是从微控制器生成模拟信号的最简单和最好的方法。滤波后的 PWM 输出非常单调且高度线性,分辨率与速度之间的权衡可能很有用。

你有没有什么特别的想法,你希望微型有一个 D/A 转换器?有可能这可以通过低通滤波 PWM 解决,或者无论如何都需要外部 D/A 以获得更高的分辨率*速度。滤波后的 PWM 和外部之间的差距非常小,实际需要这种信号的应用类型也很窄。

DAC 在硅片面积上相对昂贵。与输入相比,需要模拟输出的应用要少得多,而且大部分应用所需的 DAC 功能可以通过使用 PWM 和少量外部滤波更便宜地实现。

还有两个尚未提及的问题:

  • 在很多情况下,零件需要能够测量多个引脚上的电压,但不能同时测量。可以使用单个 ADC 以及每个引脚一个传输门来实现这一点。相比之下,大多数需要多个 DAC 输出的部件会同时需要它们。

  • 将 ADC 与外界连接的电路必须能够传输仅足够的电流来对 ADC 输入电路上的任何有意或寄生电容进行充电或放电。这不仅是非常少量的电流,而且它基本上独立于应用程序。与可以在有利的应用环境中工作的东西相比,处理“最坏情况”电流处理要求所需的额外面积可以忽略不计。相比之下,不同的 DAC 应用将有不同的拉电流或灌电流要求,并且处理这些要求所需的芯片面积会有很大差异。将一个芯片面积的 20% 用于几个精确满足应用要求的 DAC 是明智的,

顺便说一句,我没有看到使用太多的一种技术是将 DAC 与 PWM 结合起来。使用 R/2R DAC 时,很容易添加一个权重与 LSB 相同的额外输入(例如,3+1 输入 DAC 的权重为 1/2、1/4、1/8 和1/8)。采用 8 位 DAC 并向其添加 PWM 信号可能会产生 12 位结果,其噪声仅为 12 位 PWM 的 1/128,但成本低于使用具有相当线性度的 12 位 DAC。

正如 Olin 所说,一些 MCU 确实具有 DAC。看看赛普拉斯 PSoC3 和 PSoC5。它们最多包含两个 DAC。这些在放大前需要微调电压的模拟传感应用中非常有用。

例如,我们用一个来测量压力传感器的输出。每个压力传感器芯片都有一个随机的电压偏移。当 MCU 复位时,它将 DAC 电压设置为刚好低于传感器的输出。然后放大这些电压之间的差异。

能够将 ADC、DAC、运算放大器和 MCU 全部集成在一个芯片中真是太好了。