En esta respuesta leí que los microcontroladores generalmente no tienen DAC, mientras que sí tienen ADC. ¿Porqué es eso?
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Aprecio que la integración de resistencias como en un DAC R-2R es costosa en términos de bienes raíces (gracias Mike, por su respuesta), pero pensé que los DAC actuales pueden ser muy pequeños ya que solo necesitan un puñado de transistores. / p>
Primero, algunos microcontroladores tienen convertidores D / A. Sin embargo, estos son mucho menos comunes que los convertidores A / D.
Aparte de los problemas técnicos, la razón principal es la demanda del mercado. Piénsalo. ¿Qué tipo de aplicación requeriría una D / A real? Es bastante raro que un micro produzca una señal analógica de velocidad razonablemente alta a menos que el punto sea el procesamiento de la señal. El principal mercado para eso, sin embargo, es el audio, y necesita mucha más resolución de la que puede generar con el mismo proceso utilizado para hacer el microcontrolador digital. Así que el audio usará A / Ds externo y D / As de todos modos. Los DSP destinados a este tipo de aplicaciones tienen hardware de comunicación integrado para comunicarse con dichos dispositivos externos, como I2S.
De lo contrario, para las aplicaciones de control ordinarias, la estrategia es convertir a digital al inicio del proceso y luego mantener las cosas en digital. Esto aboga por A / Ds, pero D / As son inútiles ya que no quieres volver a ser analógico.
Las cosas que típicamente controlan los microcontroladores se controlan con PWM (PulseWidth Modulation). La conmutación de las fuentes de alimentación y el audio de clase D funciona de forma inherente a los pulsos. El control del motor, el control del solenoide, etc., se realiza con impulsos para mejorar la eficiencia. Desea que el elemento de paso esté completamente activado o desactivado porque un interruptor ideal no puede disipar ninguna potencia. En sistemas grandes o donde la potencia de entrada es escasa o costosa (como la operación de la batería), la eficiencia de los sistemas de conmutación es importante. En muchos casos medianos, el poder total usado no es el problema, pero deshacerse del poder desperdiciado como lo es el calor. Un circuito de conmutación que disipa 1 W en lugar de 10 W puede costar un poco más en piezas electrónicas que el circuito lineal de 10 W, pero en general es mucho más barato porque no necesita un disipador de calor con tamaño y peso asociados, posiblemente aire forzado refrigeración, etc. Las técnicas de conmutación también suelen suponer un alto rango de voltaje de entrada.
Tenga en cuenta que las salidas PWM, que son muy comunes en los microcontroladores, se pueden utilizar para generar señales analógicas en los casos inusuales en los que las necesite. El filtrado de paso bajo de una salida PWM es la forma más fácil y agradable de crear una señal analógica desde un micro, siempre que tenga una resolución suficiente * producto de velocidad. Las salidas PWM filtradas son muy monótonas y altamente lineales, y la compensación entre la resolución y la velocidad puede ser útil.
¿Tuviste algo específico en mente que deseabas que un micro tuviera un convertidor D / A? Es probable que esto se pueda resolver con PWM filtrado de paso bajo o que necesite un D / A externo para una resolución más alta * de todos modos. La brecha entre la PWM filtrada y la externa es bastante estrecha, y el tipo de aplicaciones que realmente necesitan esa señal también es estrecha.
Los DAC son relativamente caros en el área de silicio. Muchas menos aplicaciones necesitan una salida analógica que una entrada, y la funcionalidad DAC necesaria para una gran parte de las aplicaciones se puede lograr de manera más económica utilizando PWM y una pequeña cantidad de filtrado externo.
Dos temas adicionales, aún no mencionados:
Hay muchos casos en los que una parte deberá poder medir los voltajes en muchos pines, pero no simultáneamente. Es posible usar un solo ADC junto con una puerta de paso por pin para lograr esto. Por el contrario, la mayoría de las partes que necesitarían múltiples salidas DAC las necesitarían simultáneamente.
El circuito que interconecta un ADC con el mundo exterior debe poder transferir solo la corriente suficiente para cargar o descargar cualquier capacitancia parásita o deliberada en el circuito de entrada del ADC. No solo es una cantidad muy pequeña de corriente, sino que es esencialmente independiente de la aplicación. El área adicional requerida para manejar los requisitos de manejo de corriente "en el peor de los casos" sería insignificante en comparación con lo que se requeriría para algo que podría funcionar en circunstancias de aplicación favorables. Por el contrario, las diferentes aplicaciones de DAC tendrán diferentes requisitos actuales de abastecimiento o hundimiento, y la cantidad de área de chip requerida para manejar esos requisitos variaría enormemente. Gastar el 20% del área de chip en un par de DAC que se ajusten a los requisitos de una aplicación sería sensato, pero gastar el 20% del área de chip en una aplicación donde hubieran bastado los DAC más pequeños que solo tomaron el 5% es menos. >
Por cierto, una técnica que no he visto usar mucho es combinar un DAC con un PWM. Cuando se utiliza un DAC R / 2R, es fácil agregar una entrada adicional cuyo peso es el mismo que el LSB (por ejemplo, un DAC de 3 + 1 entradas tendría pesos de 1/2, 1/4, 1/8 y 1/8). Tomar un DAC de 8 bits y agregarle una señal PWM puede producir un resultado de 12 bits con 1/128 del ruido de un PWM de 12 bits, pero a un costo menor que usar un DAC de 12 bits de linealidad comparable.
Como dijo Olin, algunas MCU tienen DAC. Echa un vistazo a la Cypress PSoC3 y PSoC5. Contienen hasta dos DACs. Estos pueden ser extremadamente útiles en aplicaciones de detección analógica que requieren un voltaje de ajuste antes de la amplificación.
Por ejemplo, usamos uno para medir las salidas de los sensores de presión. Cada chip sensor de presión tiene un desplazamiento de voltaje aleatorio. Cuando la MCU se restablece, establece el voltaje DAC a un poco menos que la salida del sensor. Luego amplifica la diferencia entre estos voltajes.
Es genial poder tener ADC, DAC, Opamps y MCU en un solo chip.
Revisando esto en 2017, ahora hay una serie de familias de microcontroladores que incluyen DAC (además del PSOC y PIC de Cypress enumerados anteriormente):
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