DAC (Digital-Analog-Umsetzer)

Ein Digital-Analog-Umsetzer (DAC) ist eine elektronische Komponente, die diskrete digitale Binärdaten in ein kontinuierliches analoges Spannungs- oder Stromsignal umwandelt. Er ist ein kritischer Baustein in Mikroprozessor-basierten Steuerungssystemen und PID-Regler-ICs, der es digitalen Systemen ermöglicht, mit analogen Geräten und Prozessen zu kommunizieren und diese zu steuern. Der DAC akzeptiert einen digitalen Code, typischerweise eine Binärzahl, und erzeugt eine analoge Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom proportional zu diesem Code. Die Präzision dieser Umwandlung wird durch die Auflösung (Anzahl der Bits) und die Referenzspannung bestimmt. Eine höhere Auflösung ermöglicht feinere Schritte im analogen Ausgang, während die Referenzspannung den Vollausschlagbereich festlegt. Übliche Umwandlungstechniken umfassen Widerstandsleiter-Netzwerke (wie R-2R-Leitern), Pulsweitenmodulation (PWM) mit nachfolgender Filterung und Sigma-Delta-Modulation. Die Wahl der Technik beeinflusst Geschwindigkeit, Genauigkeit und Kosten. DACs werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Audiogeräte, Motorsteuerung, Prozesssteuerung und Instrumentierung. Sie sind in verschiedenen Gehäusetypen und Konfigurationen erhältlich, um unterschiedlichen Integrationsgraden gerecht zu werden. Dieser Verzeichniseintrag bietet typische Parameterbereiche für industrielle DACs, wie Auflösung von 8 bis 24 Bit, Abtastraten von 100 bis 1000 kSPS und Ausgangsspannungsbereiche von 0–5 V oder Stromschleifen von 4–20 mA. Er listet auch übliche Spezifikationen wie integrale und differentielle Nichtlinearität, Versorgungsspannung, Leistungsaufnahme, Betriebstemperatur und Schutzart auf. Diese Werte sind Referenzbereiche und müssen mit dem Hersteller für ein bestimmtes Modell verifiziert werden. Normen wie IEC 60068-2-1/2 für Temperaturprüfungen und IEC 60529 für Schutzarten werden als Verifikationsreferenzen genannt, nicht als Zertifizierungen eines bestimmten Produkts.

Ein DAC wandelt diskrete digitale Werte (Binärzahlen) in entsprechende analoge Spannungs- oder Strompegel um. Er verwendet Techniken wie Widerstandsleiter-Netzwerke, Pulsweitenmodulation oder Sigma-Delta-Modulation. Der digitale Eingangscode wählt einen bestimmten Ausgangspegel aus, wobei die Präzision durch die Auflösung (Anzahl der Bits) und die Referenzspannung bestimmt wird. Beispielsweise verwendet ein R-2R-Leiternetzwerk ein Widerstandsnetzwerk, um eine gewichtete Summe von Spannungen zu erzeugen. PWM erzeugt ein Rechtecksignal mit einem Tastverhältnis proportional zum digitalen Wert, das dann durch einen Tiefpassfilter zu einem glatten analogen Signal wird. Sigma-Delta-Modulation verwendet Oversampling und Noise Shaping, um eine hohe Auflösung zu erreichen. Der Ausgang wird mit der Abtastrate aktualisiert, und die integrale und differentielle Nichtlinearität zeigen Abweichungen von der idealen Übertragungsfunktion an.