Il DAC a resistori pesati

(la videolezione) La conversione digitale-analogica (Digital to Analog Conversion, o DAC) è il processo che trasforma un segnale digitale (una sequenza di numeri binari) in un segnale analogico continuo, come una tensione o una corrente. È una tecnologia fondamentale per la comunicazione tra sistemi digitali e il mondo fisico.

I microcontrollori, i computer e tutti i sistemi digitali elaborano informazioni sotto forma di numeri, ma per pilotare dispositivi analogici (come altoparlanti, motori, LED a luminosità variabile…) occorre un segnale analogico, da qui il bisogno di un DAC.

Il DAC riceve un valore binario, ad esempio 1100, che rappresenta una quantità discreta (es. 12 in decimale) e lo trasforma in un livello di tensione proporzionale a quel valore. Il risultato è un segnale continuo (tipicamente una tensione) che rappresenta il valore digitale originale. L’uscita può essere filtrata per smussare i gradini causati dalla discretizzazione

Un convertitore digitale-analogico a resistori pesati è un tipo di DAC realizzato con una rete di resistori che hanno valori di resistenza ponderati in base al peso del bit corrispondente.

Il principio di base di questo tipo di DAC consiste nel sommare le correnti prodotte da ogni bit digitale. Ogni bit è collegato a un resistore di valore appropriato, e la corrente che passa attraverso quel resistore è proporzionale al peso del bit. Ad esempio, per un sistema binario, il bit più significativo (MSB) ha il peso più alto e corrisponde al resistore con la resistenza più bassa, mentre il bit meno significativo (LSB) ha il peso più basso e corrisponde al resistore con la resistenza più alta.

Le caratteristiche dei DAC a resistori pesati possono essere così riassunte:

Velocità: Sono relativamente veloci.

Semplicità: Il loro design è concettualmente semplice e facile da implementare per un piccolo numero di bit.

Precisione: È molto difficile trovare resistori con valori precisi che mantengano il rapporto esatto di potenze di 2, specialmente all'aumentare del numero di bit. Anche piccole tolleranze di fabbricazione possono compromettere la linearità e la precisione del DAC.

Range di resistenze: Per un DAC a 8 bit, il rapporto tra la resistenza più grande e quella più piccola è di 128:1. Se il resistore per il MSB è di 1kΩ, quello per il LSB deve essere di 128kΩ e questo rende il circuito impraticabile a causa della difficoltà di produrre resistori così diversi sulla stessa rete integrata.

Scalabilità: La difficoltà di mantenere le tolleranze di resistenza e l'enorme range di valori di resistenza rendono questo tipo di DAC inadatto per un elevato numero di bit.

A causa dei loro svantaggi, i DAC a resistori pesati sono principalmente utilizzati in applicazioni che richiedono una risoluzione bassa, tipicamente 4 o 5 bit, dove la precisione richiesta non è elevata e il numero di bit è gestibile. Per DAC con risoluzioni più elevate, sono preferiti altri tipi di architetture, come il DAC a scala R-2R, che risolve il problema delle tolleranze di resistenza utilizzando solo due valori di resistori: R e 2R.