เอกสารประกอบการเรียน วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร (20104-2102) หลักสูตรประกาศนียบัตรวิชาชีพ (ปวช.) พุทธศักราช 2562 หน่วยที่ 12 เรื่อง การเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัล โดย นายสุเกษม เกียรติไพบูลย์ สาขาวิชาไฟฟ้ากำลัง วิทยาลัยเทคนิคระนอง สำนักงานคณะกรรมการการอาชีวศึกษา กระทรวงศึกษาธิการ
คำนำ เอกสารประกอบการเรียนเล่มนี้เป็นเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 12 เรื่อง การเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อกกับวงจร ดิจิทัล เนื้อหาสาระการเรียนรู้ได้แก่การศึกษา โครงสร้างของวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัล การทำงานวงจรแอนะล็อกกับ วงจรดิจิทัล ลักษณะสมบัติของวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัล สำหรับผลลัพธ์การเรียนรู้ของนักเรียนเมื่อเรียนด้วยเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 12 เรื่อง การเชื่อมต่อวงจรแอ นะล็อกกับวงจรดิจิทัล โดยใช้วิธีการสอนแบบ PQ-ADAPP มุ่งเน้นผลลัพธ์ที่เกิดกับผู้เรียนดังนี้ 1) ผู้เรียนสามารถต่อใช้งาน การเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัลได้ 2) ผู้เรียนสามารถวัดและตรวจสอบการทำงานของการเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อก กับวงจรดิจิทัลได้ 3) ผู้เรียนสามารถใช้เครื่องมือตรวจหาข้อบกพร่องของการเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัลได้ หวังเป็นอย่างยิ่งว่าเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 12 เรื่อง การเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัล วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร ที่ผู้เรียบเรียงจัดทำขึ้น จะเป็นประโยชน์ต่อครูผู้สอนและนักเรียนในวิชานี้ และนำไปเป็น แบบอย่างในการจัดทำเอกสารประกอบการเรียนวิชาอื่นต่อไป หากมีข้อเสนอแนะใดๆ ผู้เรียบเรียงน้อมรับด้วยความยินดียิ่ง (นายสุเกษม เกียรติไพบูลย์) ตำแหน่ง ครู วิทยฐานะ ครูชำนาญการพิเศษ
ใบความรู้/ใบเนื้อหา หน่วยที่ 12 เรื่อง การเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัล บทนำ สัญญาณที่ใช้ในระบบควบคุมโดยเฉพาะด้านการสื่อสารทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์สามารถแบ่งได้ เป็น 2 ประเภทคือสัญญาณแบบแอนะล็อกและสัญญาณแบบดิจิทัล โดยทั่ว ๆ ไปสัญญาณที่ปรากฏอยู่ในทาง ธรรมชาติจะเป็นสัญญาณที่มีความต่อเนื่อง (Continuouse Data) และมีขนาดได้หลายขนาดไม่คงที่ มีการ เปลี่ยนแปลงขนาดของสัญญาณแบบค่อยเป็นค่อยไปมีลักษณะเป็นเส้นโค้งต่อเนื่องกันไป สัญญาณลักษณะนี้ เรียกว่า “สัญญาณแอนะล็อก” ส่วนสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลแบบไม่ต่อเนื่อง (Discrete Data) ที่มีขนาด แน่นอนซึ่งขนาดดังกล่าวอาจกระโดดไปมาระหว่างค่าสองค่า คือ สัญญาณระดับสูงสุดและสัญญาณระดับต่ำสุด สัญญาณลักษณะนี้เรียกว่า “สัญญาณดิจิทัล” งานทางด้านเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องนำสัญญาณแอ นะล็อกนี้มาประมวลผลด้วยระบบดิจิทัล จะต้องมีการเปลี่ยนสัญญาณนี้ให้เป็นสัญญาณดิจิทัลเสียก่อน ระบบนี้ เรียกว่าการเชื่อมต่อวงจรอะแนล็อกกับวงจรดิจิทัล หรือการแปลงสัญญาณแลนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัล (Analog to Digital conversion หรือ A/D) และในทางตรงข้ามกัน เมื่อประมวลผลได้แล้วสัญญาณที่ได้ยัง เป็นสัญญาณดิจิทัลอยู่ ถ้าต้องการนำออกสู่โลกภายนอกแบบสัญญาณแอนะล็อก ก็ต้องทำการแปลงสัญญาณ ให้เป็นสัญญาณแอนะล็อกด้วยระบบแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นสัญญาณแอนะล็อก (Digital to Analog Conversion หรือ D/A ) รูปร่างของสัญญาณแอนะล็อกและดิจิทัล แสดงตามภาพที่ 12.1 (ก) สัญญาณแอนะล็อก (ข) สัญญาณดิจิทัล ภาพที่ 12.1 รูปร่างของสัญญาณแอนะล็อกและดิจิทัล
12.1 โครงสร้างของวงจรแอนะล็อกและวงจรดิจิทัล กระแสไฟฟ้าแบ่งออกได้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับและมีส่วนเกี่ยวข้องกับระบบ ควบคุมทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งการไหลของไฟฟ้ากระแสตรงในวงจรอย่างสม่ำเสมอนั้นไม่สามารถใช้ ในการสื่อสารหรือการควบคุมได้แต่เมื่อไรที่ทำการควบคุมกระแสให้เป็นพัลซ์โดยการสวิตช์เปิดวงจร กระแส จะลดลงสู่ศูนย์และสวิตช์ปิดวงจรกระแสก็จะมีเพิ่มขึ้นค่าหนึ่งการเปลี่ยนแปลงลักษณะนี้มีผลนำไปใช้ในระบบ การควบคุมและการสื่อสารได้อย่างมากมาย ส่วนไฟฟ้ากระแสสลับในรูปของคลื่นอยู่ในจำพวกคลื่นวิทยุมีการ ใช้งานอย่างกว้างขวางอันเป็นที่รู้จักกันดีลักษณะโครงสร้างของวงจรแอนะล็อกและวงจรดิจิทัลมีดังนี้ 12.1.1 สัญญาณแบบแอนะล็อก (Analog Signal) เป็นสัญญาณแบบต่อเนื่องมีลักษณะเป็น คลื่นไซน์ (Sine wave) โดยที่แต่ละคลื่นจะมีความถี่และความเข้มของสัญญาณที่ต่างกัน ทุก ๆ ค่าที่มีการ เปลี่ยนแปลงของระดับสัญญาณจะมีความหมายต่อการเปลี่ยนแปลงค่ากระแสไฟฟ้า การส่งสัญญาณแบบ แอนะล็อกจะถูกรบกวนให้มีการแปลความหมายผิดพลาดได้ง่ายกว่า เนื่องจากค่าทุกค่าถูกนำมาใช้งานเมื่อนำ สัญญาณข้อมูลเหล่านี้ผ่านอุปกรณ์รับสัญญาณและแปลงสัญญาณก็จะได้ข้อมูลที่ต้องการ ซึ่งสัญญาณแบบ แอนะล็อกนี้ในระบบควบคุมจะเป็นสัญญาณที่ได้จากอุปกรณ์เซ็นเซอร์ เช่น เซ็นเซอร์แสง อุณหภูมิ ระยะทาง หรือนำไปใช้เป็นสื่อกลางในการสื่อสาร เช่น สัญญาณเสียงในสายโทรศัพท์ เป็นต้น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ แปลงสัญญาณออกมาในรูปแบบสัญญาณแอนะล็อกสามารถยกตัวอย่างได้ดังนี้ 1) ตัวต้านทานเปลี่ยนค่าตามแสง (LDR: Light Dependent Resistor) หรือในการใช้งาน นิยมเรียกว่า โฟโตรีซิสเตอร์ (Photo Resistor) และมีชื่อเรียกอีกหลายชื่อ เช่น เซลล์ที่เป็นสื่อไฟฟ้าตามแสง (Photo Conductive Cell) หรืออุปกรณ์เปลี่ยนค่าความต้านทานตามแสง (Photo resistive Device) คุณสมบัติตัวต้านทานเปลี่ยนค่าตามแสง เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำชนิด 2 ขั้วต่อ ที่ค่า ความต้านทานระหว่างขั้วต่อทั้งสองสามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้ตามความเข้มของแสงที่มาตกกระทบ เมื่อความ เข้มของแสงที่ตกกระทบมีค่ามากความต้านทานที่ขั้วทั้งสองจะมีค่าน้อย และเมื่อความเข้มของแสงที่ตกกระทบ มีค่าน้อยหรือมืด ความต้านทานที่ขั้วทั้งสองจะมีค่ามากขึ้น รูปร่างและสัญลักษณ์ของตัวต้านทานไวแสงแสดง ตามภาพที่ 12.2 (ก) รูปร่าง
(ข) สัญลักษณ์ ภาพที่ 12.2 รูปร่างและสัญลักษณ์ของตัวต้านทานไวแสง (LDR) (ที่มา: สุเกษม เกียรติไพบูลย์, 2562) 2) โฟโตไดโอด (Photo Diode) คือ ไดโอดที่ทำงานด้วยแสงเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่ ผลิตขึ้นมาจากสารกึ่งตัวนำหลายชนิด เช่น ซิลิคอน (Si), เจอร์มันเนียม (Ge), ซีลิเนียม (Se) เป็นต้น สารกึ่ง ตัวนำแต่ละชนิดจะให้การตอบสนองต่อความยาวคลื่นแสงแตกต่างกันไป เช่น สารซิลิคอน มีย่านความยาวคลื่น แสงประมาณ 190 ถึง 1100 nm สารเจอร์มันเนียม มีย่านความยาวคลื่นแสงประมาณ 800 ถึง 1700 nm สารอินเดียมแกลเลียมอาร์ซีไนด์ (InGaAs) มีความยาวคลื่นแสงประมาณ 800 ถึง 2600 nm และลีดซัลไฟด์ (PbS) มีย่านความยาวคลื่นแสงประมาณ มากกว่า 1000 ถึง 3500 nm เป็นต้น ลักษณะรูปร่างและสัญลักษณ์ ของโฟโตไดโอดแสดงดังภาพที่ 12.3 (ก) รูปร่าง (ที่มา: http://www.directindustry.com, 2562) (ข) สัญลักษณ์ ภาพที่ 12.3 รูปร่างและสัญลักษณ์ของของโฟโตไดโอด (ที่มา: สุเกษม เกียรติไพบูลย์, 2562)
3) โฟโตทรานซิสเตอร์ (Photo Transistor) คือ ทรานซิสเตอร์ที่ใช้แสงในการไบอัส (Bias) ถูกผลิตและพัฒนามาใช้งานแทนโฟโตไดโอด เนื่องจากโฟโตทรานสซิสเตอร์มีคุณสมบัติในการทำงานดีกว่าโฟ โตไดโอดหลายประการ เช่น มีความไวในการทำงานสูงกว่า สัญญาณแสงที่มาตกกระทบโฟโตทรานซิสเตอร์จะ ถูกขยายก่อนส่งออก และโฟโตทรานซิสเตอร์สามารถผลิตให้โครงสร้างอยู่ในรูปโฟโตดาร์ลิงตัน (Photodarlington) ได้ซึ่งจะช่วยทำให้อัตราการขยายเพิ่มขึ้นเพิ่มค่ากระแสคอลเลคเตอร์ของ โฟโตทรานซิสเตอร์ให้มีค่ามากขึ้น และยังช่วยเพิ่มความไวในการรับแสงของโฟโตทรานซิสเตอร์ แต่ไม่เพิ่ม อัตราการขยายแรงดัน โดยค่าอัตราการขยายแรงดันมีค่าไม่เกิน 1 เพราะการต่อวงจรทรานซิสเตอร์แบบดาร์ลิง ตันเป็นการต่อวงจรขยายกระแสแบบคอลเลคเตอร์ร่วม รูปร่างของโฟโตทรานซิสเตอร์ แสดงตามภาพที่ 12.4 ภาพที่ 12.4 รูปร่างของโฟโตทรานซิสเตอร์ (ที่มา: สุเกษม เกียรติไพบูลย์, 2562) สัญลักษณ์ของโฟโตทรานซิสเตอร์แสดงตามภาพที่ 12.5 และ 12.6 (ก) NPN (ข) PNP ภาพที่ 12.5 สัญลักษณ์ของโฟโตทรานซิสเตอร์ชนิด 2 ขั้ว แบบ NPN และ PNP C E C E
(ก) NPN (ข) PNP ภาพที่ 12.6 สัญลักษณ์ของโฟโตทรานซิสเตอร์ชนิด 3 ขั้ว แบบ NPN และ PNP (ที่มา: สุเกษม เกียรติไพบูลย์, 2562) 4) อุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิ (Thermistor) คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ตรวจจับอุณหภูมิโดย เปลี่ยนค่าอุณหภูมิให้อยู่ในรูปของความต้านทานไฟฟ้า โดยทั่วไปจะใช้ในการตรวจวัดอุณหภูมิเรียกว่า “เทอร์ มิสเตอร์” โครงสร้างของเทอร์มิสเตอร์ผลิตขึ้นมาจากสารหลายชนิดซึ่งมีอัตราการตอบสนองต่ออุณหภูมิได้ แตกต่างกัน เช่น เจอร์มันเนียม ซิลิคอน หรือจากส่วนผสมของสนิมโลหะจำพวก โคบอลต์ (Co) นิกเกิล (Ni) สตรอนเตียม (Sr) เหล็ก (Fe) ทองแดง (Cu) ไททาเนียม (Ti) หรือ แมงกานิส (Mn) ส่วนผสมของสารจะมีผล ต่อการเปลี่ยนแปลงค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ นั่นคือค่าความต้านทานภายในของเทอร์มิสเตอร์จะเปลี่ยนแปลง มากขึ้น หรือน้อยลงตามค่าอุณหภูมิรอบตัวเทอร์มิสเตอร์ที่เปลี่ยนแปลงไปไม่เท่ากัน โดยการเปลี่ยนแปลงเป็น แบบไม่เป็นเชิงเส้น (Non Linear) เทอร์มิสเตอร์ที่ผลิตใช้งาน พื้นฐานโดยรวมจะมีคุณสมบัติดังนี้ เป็นตัวต้านทานที่มีความไวต่อ ความร้อน ความต้านทานสามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้ตามอุณหภูมิที่ได้รับ โดยมีค่าความต้านทานอยู่ในช่วง ประมาณ 2,252 โอห์ม ถึง 10 กิโลโอห์ม ที่อุณหภูมิห้องหรือ 25 องศาเซลเซียส และทำงานที่อุณหภูมิได้ถึง 1,700 องศาเซลเซียส มีความเที่ยงตรงสูง ตอบสนองการทำงานเร็ว เทอร์มิสเตอร์สามารถแยกได้เป็น 2 ประเภทได้แก่ ประเภทที่มีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวก (PTC: Positive Temperature Coefficient) และ ประเภทที่มีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นลบ (NTC: Negative Temperature Coefficient) 4.1) PTC (Positive Temperature Coefficient) คุณ สม บั ติ PTC ห รือเท อร์ มิสเตอร์แบบบวก คือเทอร์มิสเตอร์ที่ค่าความต้านทานภายในตัวจะเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามค่า อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป คือที่อุณหภูมิต่ำ PTC มีค่าความต้านทานต่ำ และที่อุณหภูมิสูง PTC มีค่าความ ต้านทานสูง รูปร่างและสัญลักษณ์ของ PTC แสดงตามภาพที่ 12.7 C E C E B B
(ก) รูปร่าง (ข) สัญลักษณ์ ภาพที่ 12.7 รูปร่างและสัญลักษณ์ของ PTC (ที่มา: สุเกษม เกียรติไพบูลย์, 2562) 4.2) NTC (Negative Temperature Coefficient) หรือเทอร์มิสเตอร์แบบลบ คือ เทอร์มิสเตอร์ที่ค่าความต้านทานภายในตัวจะเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นหรือลดลงตรงข้ามกับค่าของอุณหภูมิที่ เปลี่ยนแปลงไป คือที่อุณหภูมิต่ำ NTC จะมีค่าความต้านทานสูง และที่อุณหภูมิสูง NTC จะมีค่าความต้านทาน ต่ำ รูปร่างและสัญลักษณ์ของ NTC แสดงตามภาพที่ 12.8 (ก) รูปร่าง (ที่มา: http://www.made-in-china.com, 2562) NTC NTC t PTC PTC
(ข) สัญลักษณ์ ภาพที่ 12.8 รูปร่างและสัญลักษณ์ของเทอร์มิสเตอร์ชนิด NTC 5) เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple) คืออุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิที่เปลี่ยนค่า อุณหภูมิเป็นแรงดันไฟฟ้าค่าต่ำ ๆ หน่วยเป็นมิลลิโวลต์ เป็นอุปกรณ์ที่นิยมนำไปประยุกต์ใช้งานอย่างกว้างขวาง และแพร่หลายในงานด้านวิทยาศาสตร์และด้านอุตสาหกรรม เพราะมีค่าใช้จ่ายต่ำและสามารถวัดอุณหภูมิได้ใน ย่านกว้างตั้งแต่ต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส ถึงสูงกว่า 2,000 องศาเซลเซียส ตามภาพที่ 12.9 แสดงโครงสร้างของ เทอร์โมคัปเปิล ประกอบด้วยโลหะผสมชนิด A และโลหะผสมชนิด B ต่อปลายทั้งสองเข้าด้วยกัน แล้วให้ปลาย ทั้งสองมีอุณหภูมิต่างกัน จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลได้ และเกิดแรงดันไฟฟ้าค่าน้อย ๆ ในวงจร แรงดันไฟฟ้าที่ เกิดขึ้นเรียกว่า แรงดันซีเบค หรือซีเบคโวลต์เตจ (Sebeck Voltage) ซึ่งตั้งชื่อตามผู้คิดค้นเทอร์โมคัปเปิลคือ นายโทมัส โจฮาน ซีเบค ชาวเยอรมัน ส่วนรูปร่างและสัญลักษณ์ของเทอร์โมคัปเปิลแสดงตามภาพที่ 12.10 ภาพที่ 12.9 โครงสร้างของเทอร์โมคัปเปิล (ที่มา: สุเกษม เกียรติไพบูลย์, 2562) -t จุดวัดอุณหภูมิ T2 รอยต่อเย็นหรือรอยต่อ อ้างอิง โลหะผสมชนิด A โลหะผสมชนิด B จุดวัดอุณหภูมิ T1 รอยต่อร้อน กระแส I
(ก) รูปร่าง (ที่มา: http://www.primusthai.com, 2562) (ข) สัญลักษณ์ ภาพที่ 12.10 รูปร่างและสัญลักษณ์ของเทอร์โมคัปเปิล 12.1.2 สัญญาณแบบดิจิทัล (Digital Signal) เป็นสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลแบบไม่ ต่อเนื่องที่มีขนาดแน่นอนซึ่งขนาดดังกล่าวอาจกระโดดไปมาระหว่างค่าสองค่า คือ สัญญาณระดับสูงสุดและ สัญญาณระดับต่ำสุด ซึ่งสัญญาณดิจิทัลนี้เป็นสัญญาณที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการทำงานและติดต่อสื่อสารกันเป็น ค่าของเลขลงตัว โดยปกติมักแทนด้วยระดับแรงดันที่แสดงสถานะเป็น "0" และ "1" หรืออาจจะมีหลายสถานะ ในการใช้งานโดยทั่วไปสัญญาณดิจิทัลจะมีค่าที่ตั้งไว้ (Threshold) เป็นค่าบอกสถานะ ถ้าสูงเกินค่าที่ตั้งไว้ สถานะเป็น "1" ถ้าต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้สถานะเป็น "0" ซึ่งมีข้อดีในการทำให้เกิดความผิดพลาดน้อยลง ลักษณะ โครงสร้างพื้นฐานของสัญญาณดิจิทัลสามารถยกตัวอย่างได้ดังนี้ 1) สัญญาณดิจิทัลที่สร้างโดยสวิตช์ เป็นลักษณะพื้นฐานในการทำความเข้าใจรูปแบบ การเกิดของสัญญาณ แสดงตามภาพที่ 12.11 เมื่อเลือกสวิตช์ที่ตำแหน่ง 1 จะเกิดสัญญาณลอจิก 1 ที่ระดับ แรงดัน 5 โวลต์ เมื่อเลือกสวิตช์ที่ตำแหน่ง 0 จะเกิดสัญญาณลอจิก 0 ที่ระดับแรงดัน 0 โวลต์ เทอร์โมคัปเปิล เทอร์โมคัปเปิล
(ก) วงจรกำเนิดสัญญาณดิจิทัล (ข) รูปคลื่นสัญญาณดิจิทัลเอาต์พุต ภาพที่ 12.11 สัญญาณดิจิทัลที่สร้างโดยสวิตช์ (ที่มา: สุเกษม เกียรติไพบูลย์, 2562) 2) สัญญาณดิจิทัลที่สร้างโดยไอซี เป็นสัญญาณที่เกิดขึ้นจากการใช้อุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ที่ถูกพัฒนาขึ้นในรูปแบบวงจรรวมหรือไอซี (Integrated Circuit) สามารถให้กำเนิดสัญญาณ ดิจิทัลที่มีคาบเวลาและความถี่แตกต่างกันได้ตามความต้องการในการใช้งาน ซึ่งในปัจจุบันมีไอซีดิจิทัลที่นิยมใช้ 2 ป ระ เภ ท ได้ แ ก่ ไอ ซี ที ที แ อ ล (TTL : Transistor Transistor Logic) แ ล ะไอ ซี ซี ม อ ส (CMOS : Complementary Metal Oxide Semiconductor) 2.1) ไอซีทีทีแอล มีโครงสร้างภายในที่สร้างมาจากอุปกรณ์พวกทรานซิสเตอร์ มี แรงดันการใช้งานที่ + 5 โวลต์ และ 0 โวลต์ สามารถแบ่งตามรหัสการใช้งานได้ดังนี้ 2.1.1) ทีทีแอลมาตรฐาน ขึ้นต้นด้วยรหัส 54xx หรือ 74xx มีข้อจำกัดเรื่อง ความถี่ในการใช้งานคือสูงสุดไม่เกิน 20 MHz 2.1.2) ทีทีแอลความเร็วสูง ขึ้นต้นด้วยรหัส 54Hxx หรือ 74Hxx มีความเร็ว ในการทำงานถึง 6 nS แต่มีการสูญเสียกำลังงานมากกว่าแบบมาตรฐาน 2.1.3) ทีทีแอลกำลังสูญเสียต่ำ ขึ้นต้นด้วยรหัส 54Lxx หรือ 74Lxx มีความ สูญเสียกำลังต่ำกว่าแบบมาตรฐาน 10 เท่า แต่มีความเร็วต่ำ 2.1.4) ซอตต์กี้กำลังต่ำ ขึ้นต้นด้วยรหัส 74LSxx มีข้อดีตรงที่มีการสูญเสีย กำลังต่ำและมีความเร็วในการทำงานสูงกว่าแบบมาตรฐานและแบบทีทีแอลความเร็วสูง ลักษณะรูปร่างของไอซีทีทีแอลแสดงตามภาพที่ 12.12 0 5V + - 1 เอาต์พุต สวิตช์เลือก ลอจิก 0 ลอจิก 1 5V 0V
ภาพที่ 12.12 รูปร่างของไอซีทีทีแอล (ที่มา: https://www.indiamart.com/proddetail/ttl-ics-4556773573.html, 2562) 2.2) ไอซีซีมอส โครงสร้างภายในสร้างขึ้นจากอุปกรณ์มอสเฟ็ต มีแรงดันใช้งาน แตกต่างจากไอซีทีทีแอล มีแรงดันใช้งานอยู่ในช่วง +3 โวลต์ ถึง +18 โวลต์ การกำหนดสถานะทางลอจิก กำหนดโดย ลอจิก 0 มีค่าแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ +1/3 VCC ลงมา ส่วนลอจิก 1 จะมีค่าแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ +2/3 VCC ขึ้นไป ตามภาพที่ 12.13 (ก) สถานะของไอซีทีทีแอล (ข) สถานะของไอซีซีมอส ภาพที่ 12.13 แสดงระดับแรงดันตรรกของไอซีดิจิทัล ย่านไม่แน่นอน ลอจิก 1 ลอจิก 0 +5V +2V +0.8V +0V ย่านไม่แน่นอน ลอจิก 1 ลอจิก 0 +VCC +2/3VCC +0V +1/3VCC
ตารางที่ 12.1 การเปรียบเทียบลักษณะสมบัติทางด้านกระแสและแรงดันอินพุต/เอาต์พุตไอซีทีทีแอลและซีมอส ชนิดของไอซีดิจิทัล กระแสเอาต์พุต กระแสอินพุต ทีทีแอล Standard TTL I = 400uA I = 1.6 mA I = 40 uA I = 1.6 mA Low Power Schottky I = 400 uA I = 8 mA I = 20 uA I = 400 mA Advanced Low Power Schottky I = 400 uA I = 8 mA I = 20 uA I = 100 mA ซีมอส 4000 Series I = 400 uA I = 400 uA I = 1 uA 74HC00 Series I = 4 mA I = 4 mA I = 1 uA 12.2 การทำงานของการเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัล การเชื่อมต่อวงจรระหว่างวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัลในทางไฟฟ้านั้นมีวัตถุประสงค์เพื่อนำ สัญญาณที่ได้ไปใช้ประโยชน์ในระบบการวัดและควบคุม โดยการรับสัญญาณจากตัวตรวจจับ (Sensor) ที่เป็น สัญญาณแอนะล็อกในรูปของแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง เช่น ตัวตรวจจับอุณหภูมิความดัน แสง ฯลฯ มาประมวลผลด้วยตัวประมวลผลที่เป็นวงจรดิจิทัล ไมโครโปรเซสเซอร์ หรือไมโครคอมพิวเตอร์ จะต้องมีการ เปลี่ยนสัญญาณแอนะล็อกจากตัวตรวจจับเหล่านั้นให้เป็นสัญญาณดิจิทัล โดยใช้วงจรที่เรียกว่า วงจร Analog to Digital Converter หรือ ADC และเมื่อต้องการนำค่าของการตรวจจับในระบบควบคุมไปแสดงผลทางการ วัดก็จะต้องทำการแปลงสัญญาณให้เป็นสัญญาณแอนะล็อกด้วยระบบแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นสัญญาณ แอนะล็อกโดยใช้วงจรที่เรียกว่า วงจร Digital to Analog Converter หรือ DAC ดังแสดงตามภาพที่ 12.14 ภาพที่ 12.14 ไดอะแกรมการเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อกและวงจรดิจิทัล เซ็นเซอร์ ADC Digital system DAC สัญญาณทางกายภาพ สัญญาณเข้า แบบแอนาล็อก สัญญาณเข้า แบบดิจิทัล สัญญาณออก แบบดิจิทัล สัญญาณออก แบบแอนาล็อก สัญญาณ ควบคุม วงจรกระตุ้น
จากภาพที่ 12.14 อุปกรณ์เซ็นเซอร์จะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณทางกายภาพ (Physical Variable) เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ, ความเข้มของแสง, อัตราการไหล, ความดัน และ ความเร็ว แล้วทําการเปลี่ยนสัญญาณทางกายภาพเหล่านั้นให้เป็นการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณไฟฟ้าในรูป ของแรงดันหรือกระแสที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพนั้น ๆ อุปกรณ์เซ็นเซอร์หรือ ทรานสดิวเซอร์ที่สามารถตรวจจับสัญญาณดังกล่าวได้แก่ เทอร์มิสเตอร์ (Thermister) ,โฟโตไดโอด (Photo Diode) , โฟโตเซลล์ (Photo cell) , Flow Meter , Pressure Transducer หรือ Tachometer ตามลําดับ หลังจากนั้นจะส่งสัญญาณไฟฟ้าที่ได้ไปยังวงจรแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัลเพื่อทําการแปลง สัญญาณไฟฟ้าดังกล่าวให้เป็นสัญญาณดิจิทัล แล้วส่งต่อไปยังส่วนควบคุมหรือส่วนประมวลผลที่เป็นวงจร ดิจิทัลไมโครโปรเซอสเซอร์ หรือ ไมโครคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะทําหน้าที่ประมวลผลสัญญาณดิจิทัลที่อินพุต ตาม เงื่อนไขของโปรแกรมที่กําหนดไว้ จากนั้นส่งผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลในรูปของสัญญาณดิจิทัลไปที่ เอาต์พุตซึ่งมีวงจรแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นแอนะล็อกที่ทําการแปลงสัญญาณดิจิทัลให้เป็นแอนะล็อกส่งไปยัง ส่วนของวงจรกระตุ้น (Actuator) ที่ใช้ควบคุมการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น ควบคุมการเปิดปิดของวาล์ว ควบคุมการทํางานของ Heater หรือควบคุมทิศทางความเร็ว หรือตําแหน่งของมอเตอร์เป็นต้น 12.2.1 วงจรแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัล (Analog-to-Digital Converter ADC หรือ A/D หรือ A2D อ่านว่า A to D) การนำสัญญาณในทางธรรมชาติหรือสัญญาณทางกายภาพมาใช้ ในระบบควบคุมทางไฟฟ้าเช่น อุณหภูมิแสง ความดัน ฯลฯ จะต้องถูกแปลงให้เป็นพลังงานไฟฟ้าเสียก่อนด้วย อุปกรณ์ที่เรียกว่า เซ็นเซอร์ หรือทรานสดิวเซอร์ สัญญาณเอาต์พุตที่ไดจากเซ็นเซอร์นี้ยังคงเป็นสัญญาณที่มี ความต่อเนื่อง หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าสัญญาณแอนะล็อก สัญญาณนี้ต้องถูกแปลงให้เป็นสัญญาณดิจิทัลด้วย วงจรแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัล หรือที่เรียกว่า ADC หลังจากนั้นจึงได้เป็นสัญญาไฟฟ้าที่อยู่ ในรูปของสัญญาณดิจิทัลที่พร้อมจะนำไปประมวลผลในระบบดิจิทัลได้ดังแสดงตามภาพที่ 12.15 ภาพที่ 12.15 ลำดับการแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัล การแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัลนั้นมีอยู่หลายวิธีเช่นตัวอย่างวงจรแปลงสัญญาณ แอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัลแบบพื้นฐานโดยการใช้ออปแอมป์สร้างเป็นวงจร Analog comparator ตาม ภาพที่ 12.16 ซึ่งให้เอาต์พุตออกมาขนาด 1 บิต สัญญาณทาง กายภาพ เซ็นเซอร์ ADC วงจรควบคุม ดิจิทัล 0 1 0 1 0 1
ภาพที่ 12.16 วงจร Analog comparator ขนาด 1 บิต นอกจากนี้การแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัลยังมีวิธีอื่น ๆ อีกหลายวิธีได้แก่ วงจร Parallel Comparator วงจร Digital Ramp ADC (Counter method) วงจร Successive Approximation สามารถยกตัวอย่างได้ดังนี้ 1) วงจรแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิทัล แบบ Parallel Comparator เป็นวงจรแปลง สัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิทัลที่ง่ายที่สุด เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า Simultaneous หรือ Flash ADC ตามภาพที่ 12.17 ตัวต้านทานค่า 1kΩ จํานวน 4 ตัว ต่อเป็นวงจรแบ่งแรงดันเพื่อสร้างแรงดันอ้างอิงให้แก่ ขา (-) ของ วงจรเปรียบเทียบแรงดัน (Voltage Comparator) ซึ่งวงจรเปรียบเทียบแรงดันจะทําหน้าที่ในการ เปรียบเทียบว่าแรงดันอ้างอิงที่ขา (-) กับแรงดัน Vin ที่ขา (+) โดยถ้าแรงดันที่ขา (+) มีค่ามากกว่าแรงดันที่ขา (-) ก็จะทําให้เอาต์พุตเปลี่ยนจากสภาวะลอจิก “0” เป็น “1” จากวงจรจะพบว่าจะสร้างแรงดันอ้างอิงให้กับ วงจรเปรียบเทียบตัวที่ 1 เท่ากับ 1V ตัวที่ 2 เท่ากับ 2V และตัวที่ 3 เท่ากับ 3V เอาต์พุทของวงจร เปรียบเทียบแรงดันจะต่อเข้ากับวงจรเข้ารหัส (Encoding Gate) เพื่อทําการเปลี่ยนรหัสที่อินพุตให้เป็นรหัส เลขฐานสอง จํานวน 2 บิต พิจารณาที่อินพุต เมื่อ Vin มีค่าระหว่าง 0V ถึง 1V เอาต์พุตของวงจร เปรียบเทียบ แรงดันจะเป็น “0” ทั้งหมด เนื่องจากแรงดัน Vin มีค่าต่ำกว่าแรงดันอ้างอิงทุกตัวเมื่อ Vin มีค่าอยู่ระหว่าง 1V ถึง 2V ซึ่งมีค่ามากกว่าแรงดันอ้างอิงของวงจรเปรียบเทียบแรงดันที่ 1 ดังนั้นเอาต์พุตของวงจร เปรียบเทียบ แรงดันตัวที่ 1 จะเปลี่ยนสภาวะเป็นลอจิก “1” และในทํานองเดียวกับที่ Vin มีค่าเป็น 2V ถึง 3V และ 3V ถึง 4V ก็จะได้เอาต์พุตตามตารางที่ 12.2 + - V1 V2 5V 5V 1kΩ Vout Low High VOUT V1 – V2
ภาพที่ 12.17 วงจร Parallel Comparator ADC ตารางที่ 12.2 แสดงระดับลอจิกที่จุดต่าง ๆ เมื่อ Vin เปลี่ยนแปลง Vin Comparator Output Digital Outputs C B A D1 D0 0V ถึง 1V 0 0 0 0 0 1V ถึง 2V 0 0 1 0 1 2V ถึง 3V 0 1 1 1 0 3V ถึง 4V 1 1 1 1 1 + _ + _ + _ Encodeding Gate Vin Analog input +4V +3V 1kΩ 1kΩ 1kΩ 1kΩ +2V +1V +V +V +V C A B D1 D2 Digital output
2) วงจร Digital Ramp ADC (Counter method) ลักษณะวงจรแสดงตามภาพที่ 12.18 ภาพที่ 12.18 วงจร Digital Ramp ADC จากบล็อกไดอะแกรมของวงจร Digital Ramp ADC ตามภาพที่ 12.18 สามารถอธิบาย หลักการทำงานได้ดังนี้ 1. เมื่อเริ่มสั่งให้แปลงสัญญาณจากแอนะล็อกเป็นดิจิทัลสถานะอินพุตของ Start = 0 จะ เป็นการรีเซ็ตวงจรนับ (Counter) ให้มีค่าเป็น 0 ทุกบิต หลังจากนั้นสถานะอินพุตของ Start จะต้องเป็น 1 เพื่อเริ่มขบวนการทำงาน 2. ค่าจากวงจรนับจะถูกแปลงให้เป็นค่าแอนะล็อก Vax โดยวงจร DAC Converter 3. ค่า Vax จะถูกนำไปเปรียบเทียบกับค่าแรงดันอินพุต Va โดยออปแอมป์ซึ่งทำหน้าที่ เป็นตัวเปรียบเทียบ (Comparator) ตามเงื่อนไขดังนี้ ▪ ถ้าค่าแรงดัน Va > Vax เอาต์พุต EOC = 1 ทำให้ผลของการ AND ระหว่าง Start, EOC และ Clock ได้เป็นสัญญาณ Clock ป้อนเข้าไปยังวงจรนับ วงจร นับก็จะนับค่าขึ้นไปเรี่อย ๆ ขบวนการก็จะเป็นไปตามขั้นที่ 2 และ 3 จนกว่า Va จะน้อยกว่าหรือเท่ากบั Vax ▪ ถ้าค่าแรงดัน Va < หรือ = Vax เอาต์พุต EOC = 0 วงจรนับจะหยุดนับ เป็นการ เสร็จสิ้นการทำงาน Counter + - DAC Converter Analog Input Va Clock Start Reset EOC Vax Digital Output 8 บิต Comparator AND
3) วงจร Successive Approximation ลักษณะวงจรแสดงตามภาพที่ 12.19 ภาพที่ 12.19 วงจร Successive Approximation จากบล็อกไดอะแกรมของวงจร Successive Approximation ตามภาพที่ 12.19 สามารถ อธิบายหลักการทำงานได้ดังนี้ 1. เมื่อเริ่มสั่งให้แปลงสัญญาณ Start = 0 จะเป็นการรีเซ็ต Control logic และ Control Register ให้เป็น 0 ทุกบิต พร้อมทั้งกำหนดตำแหน่งบิตที่ต้องเซ็ตหรือรีเซ็ตเป็นบิตที่ 7 หลงัจากนั้น Start จะต้องเป็น 1 เพื่อเริ่มขบวนการทำงาน 2. ค่าจากวงจรนับจะถูกแปลงให้เป็นค่าแอนะล็อก Vax โดยวงจร DAC Converter 3. ค่า Vax จะถูกนำไปเปรียบเทียบกับค่าแรงดันอินพุต Va โดยออปแอมป์ซึ่งทำหน้าที่ เป็นตัวเปรียบเทียบ (Comparator) ตามเงื่อนไขดังนี้ ▪ ถ้าค่าแรงดัน Va > Vax เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบจะเป็น 1 และ EOC = 1 เมื่อสัญญาณ Clock เข้ามา Control logic จะเซ็ตบิตที่ระบุให้เป็น 1 พร้อมทั้ง เลื่อนการระบุบิตลงมา 1ตำแหน่งแล้วกลับไปเปรียบเทียบใหม่ ▪ ถ้าค่าแรงดัน Va < Vax เอาต์พุต EOC = 1 เมื่อสัญญาณ Clock เข้ามา Control logic จะรีเซ็ตบิตที่ระบุให้เป็น 0 พร้อมทั้งเลื่อนการระบุบิตลงมา 1 ตำแหน่งแล้วกลับไปเปรียบเทียบใหม่ ▪ การทำงานของวงจรจะวนอยู่ในข้อ 3 นี้จนกว่าจะทำครบทุกบิต (ในที่นี้มี8 บิต) หรือจนกว่าค่าแรงดัน Va = Vax เอาต์พุต EOC จะมีค่าเท่ากับ 0 วงจรจะ หยุดทำงาน เป็นการเสร็จสิ้นการทำงาน Control Register + - DAC Converter Analog Input Va Clock Start Reset EOC Vax Digital Output 8 บิต Comparator MSB LSB Control Logic
12.2.2 วงจรแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นสัญญาณแอนะล็อก (Digital-to-Analog Converter DAC หรือ D/A หรือ D2A อ่านว่า D to A) หมายถึง การแปลงน้ำหนักของรหัสตัวเลขฐานสอง(0,1) ผ่าน วงจรแปลงให้เป็นแรงดันแอนะล็อก วงจรแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นแอนะล็อกทําหน้าที่เชื่อมต่อระหว่างภาค ควบคุมซึ่งเป็นวงจรดิจิทัล ไมโครโปรเซสเซอร์ หรือไมโครคอมพิวเตอร์กับอุปกรณ์ ปลายทางหรืออุปกรณ์ เอาต์พุตที่รับสัญญาณที่เป็นระดับลอจิก “0” หรือ “1” ที่มีแรงดัน 0V หรือ 5V ตามลําดับให้เป็นสัญญาณ เอาต์พุตที่อยู่ในรูปของระดับแรงดัน หรือกระแสที่ต่อเนื่อง ภาพที่ 12.20 แสดงวงจรแปลงสัญญาณดิจิทัลพื้นฐาน ขนาด 4 บิต ให้เป็นแรงดันแอนะล็อก ตัวอย่างการแปลงที่เข้าใจง่ายอาจออกแบบวงจรแปลงให้แปลงน้ำหนักของตัวเลขฐานสองเป็นแรงดันใน อัตราส่วน 1:1 เช่น รหัส 0000 = 0 โวลต์และรหัส 1000 = 8 โวลต์เป็นต้น (ก) บล็อกไดอะแกรมแปลงสัญญาณ DAC ขนาด 4 บิต (ข) วงจรพื้นฐานแปลงสัญญาณ DAC ขนาด 4 บิต ภาพที่ 12.20 การแปลงสัญญาณ DAC และพื้นฐานวงจร ขนาด 4 บิต DAC 4 bit A B C D Digital Analog VOUT + - A B C D Binary 150k 75k 37.5k 18.7k 47k + - 3 2 7 4 1 5 6 VOUT Analog Digital A B C D Analog VOUT Analog
อัตราส่วนระหว่างค่าอินพุตของสัญญาณดิจิทัลกับแรงดันแอนะล็อกสามารถแสดงตัวอย่างได้ตาม ตารางที่ 12.3 ตารางที่ 12.3 แสดงผลการแปลงสัญญาณดิจิทัล 4 บิต เป็นแอนะล็อก D C B A Vout(v) 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 1 0 1 0 10 1 0 1 1 11 1 1 0 0 12 1 1 0 1 13 1 1 1 0 14 1 1 1 1 15 จากตารางที่ 12.3 จะเห็นว่าวงจรสามารถแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นแรงดันแอนะล็อกได้จาก 0-15 โวลต์ตามน้ำหนักของตัวเลขฐานสอง ซึ่งอาจกําหนดการคํานวณแรงดันแอนะล็อกเอาต์พุตได้ดัง สมการ VOUT = (1V) digital input แรงดันแอนะล็อก = K x รหัสดิจิทัลฐานสิบ เมื่อ K คือค่าคงที่แรงดันแอนะล็อก จากแผนภาพกรอบในรูปที่ 12.20 ค่า K = 1V ดังนั้น
แรงดัน Vout = (1V) digital input เมื่อพิจารณาตารางที่ 12.3 เมื่อรหัสดิจิทัลอินพุต 11002 มีค่าเท่ากับ 1210 ดังนั้น ค่าแรงดันแอนะล็อกมีค่าเท่ากับ Vout = (1V) x 12 VOUT = 12 V เทคนิคการแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นสัญญาณแอนะล็อกมีหลายวิธีเช่น Binary Weighted DAC และ R/2R Ladder การทำงานของแต่ละวิธีมีรายละเอียดดังนี้ 1) วงจร DAC แบบ Binary Weighted คุณสมบัติของวงจรประเภทนี้ได้แก่ ความต้านทาน อินพุตมีค่าสูง อัตราขยายแรงดันมีค่าเท่ากับ –Rf/Rin ลักษณะวงจรแสดงตามภาพที่ 12.21 ภาพที่ 12.21 วงจร DAC แบบ Binary Weighted จากวงจรตามภาพที่ 12.21 เมื่อป้อนสัญญาณอินพุต 1011 (11 ฐานสิบ) เข้าวงจร DAC ต้องโยกสวิตช์ D3 เป็นลอจิก 1 สวิตช์ D2 เป็นลอจิก 1 สวิตช์ D1 เป็นลอจิก 0 และสวิตช์ D0 เป็นลอจิก 1 ทำให้ตัวต้านทานอินพุต 1kΩ 2kΩ และ 8kΩ มีกระแสไหลผ่านเพื่อกำเนิดแรงดันที่เอาต์พุต ส่วนตัวต้านทาน 4kΩ ไม่มีส่วนกำเนิดแรงดันที่เอาต์พุต ค่ากระแสรวมจะส่งไปที่ขาอินเวอร์ติงของออปแอมป์ทำให้แรงดันแอ นะล็อกที่เป็นบวกส่งออกที่เอาต์พุต ค่าแรงดันแอนะล็อกหาได้จากแรงดันอ้างอิง และตัวต้านทานป้อนกลับ (Rf ) ที่ต่ออยู่ระหว่างอินพุตกับเอาต์พุต โดยใช้สูตร + - 1k Ω 2k Ω 4k Ω 8k Ω Rf 1kΩ D 3 D 2 D 1 D 0 VRE F VOU T 0 1 0 1 0 1 0 1
VOUT = −VREF ( Rf Rin1 + Rf Rin2 + Rf Rin3 + Rf Rin4 ) สมการที่ 12.1 หรือ VOUT = ITRf สมการที่ 12.2 จากสมการที่ 12.1 จะเห็นได้ว่าแรงดันเอาต์พุตต่ำสุดจะเกิดขึ้นเมื่อสวิตช์D3-D0 อยู่ที่ ตำแหน่ง ‘0’ Vout = 0 โวลต์ และถ้า D3-D0 อยู่ตำแหน่ง ‘1’ จะได้แรงดันเอาต์พุตสูงสุด VOUT = - VREF x Rf x(1/1k + 1/2k + 1/4k + 1/8k) VOUT = - VREF x 1 x(1/1 + 1/2 + 1/4 + 1/8) VOUT = - VREF x (1 + .5 + .25 + .125) VOUT = -1.875 x VREF 2) วงจร DAC แบบโครงข่าย R/2R เป็นวิธีที่ใช้กันทั่ว ๆ ไปในการผลิตเป็นวงจรรวม เพราะว่าใช้ค่าความต้านทานต่ำและใช้เพียง 2 ค่า คือ 1R กับ 2R เช่น 1kΩ กับ 2kΩ เนื่องจากข้อจำกัดของ วงจร DAC แบบ Binary Weighted จะเกิดขึ้นเมื่ออินพุตมีจำนวนบิตมาก ทำให้วงจรมีความซับซ้อนและ ยุ่งยาก เช่น วงจร DAC ขนาด 8 บิต ใช้ตัวต้านทานกำหนดค่าน้ำหนักเป็น 1R 2R 4R 8R 16R 32R 64R และ 128R ถ้าเป็นวงจร DAC ขนาด 16 บิต จะใช้ตัวต้านทาน 16 ตัวค่าความต้านทานสูงสุดมีค่าเป็น 32,768 ของ ค่าตัวต้านทานที่มีค่าน้อยที่สุด ค่าความต้านทานบิตต่ำสุดกับค่าความต้านทานบิตสูงสุดจะทำให้เกิดปัญหา ข้อจำกัดอีกประการหนึ่ง คือ ค่าความแตกต่างของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานในโครงข่าย ตัวต้านทาน บิตต่ำสุดที่มีค่ามากทำให้มีกระแสไหลผ่านได้น้อยเป็นผลให้มีสัญญาณรบกวนเข้ามาแทรกได้ง่าย ส่วนด้านตัว ต้านทานบิตสูงสุดที่มีค่าน้อย จะทำให้มีกระแสไหลจำนวนมาก ส่งผลให้อุณหภูมิที่โหลดเปลี่ยนแปลงไป ด้วยเหตุนี้จึงนำวงจร DAC แบบโครงข่าย R/2R มาเพื่อช่วยแก้ปัญหาดังกล่าว ตัวอย่างวงจรมีลักษณะ ตามภาพที่ 12.22
ภาพที่ 12.22 วงจร DAC แบบ โครงข่าย R/2R ขนาด 8 บิต โครงข่ายตัวต้านทาน R/2R จะแก้ปัญหาการค่าน้ำหนักเพราะใช้ตัวต้านทานเพียง 2 ค่า คือ R กับ 2R วงจรดีเอซีโครงข่าย R/2R ใช้สวิตช์กําหนดค่าเลขฐานสองเพื่อให้มีกระแสไหลรวมเข้าออปแอมป์ เป็นการแปลงกระแสอินพุตให้เป็นแรงดันเอาต์พุตตามสัดส่วน ซึ่งสามารถวิเคราะห์วงจรโดยใช้Thevenin’s theorem หาค่าความต้านทานของ Thevenin (Rth) ที่ตำแหน่งบิตต่าง ๆ สามารถหา Rth ได้ดังนี้ บิต 0 Rth = 1kΩ, บิต 1 Rth = 1kΩ,บิต 2 Rth = 1kΩ,บิต 3 Rth = 1kΩ,บิต 4 Rth = 1kΩ,บิต 5 Rth = 1kΩ, บิต 6 Rth = 1kΩ และ บิต 7 Rth = 1kΩ หาค่าแรงดันไฟฟ้าของ Thevenin (Vth) ที่ตำแหน่งบิตต่าง ๆ สามารถหา Vth ได้ดังนี้ บิต 0 Vth = 46.875mV, บิต 1 Vth = 93.75mV, บิต 2 Vth = 0.1875V, บิต 3 Vth = 0.375V, บิต 4 Vth = 0.75V, บิต 5 Vth = 1.5V, บิต 6 Vth = 3V และ บิต 7 Vth = 6V 12.3 ลักษณะสมบัติการเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัล จากหลักการทำงานของการเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัลที่ได้กล่าวมาแล้ว สามารถ แยกวงจรออกได้เป็น 2 วงจรใหญ่ ๆ ได้แก่ วงจรแปลงสัญญาณจากแอนะล็อกเป็นดิจทัล และวงจรแปลง สัญญาณจากดิจทัลเป็นแอนะล็อก ซึ่งการทำงานของวงจรจะมีความคล้ายคลึงกันในเรื่องของอุปกรณ์ที่ใช้ ในการประกอบวงจรโดยทั่วไปวงจรพื้นฐานจะใช้ไอซีออปแอมป์ ส่วนในการใช้งานจริงอาจเลือกใช้ไอซี - + 2R 2kΩ R 1k Ω R 1k Ω R 1k Ω R 1k Ω R 1k Ω R 1k Ω R 1k Ω 4k Ω 1k Ω 0.5k Ω VOUT 0 1 2 3 4 5 6 7 12V อินพุต 1100 0001 - + 2R 2kΩ 2R 2kΩ 2R 2kΩ 2R 2kΩ 2R 2kΩ 2R 2kΩ 2R 2kΩ 2R 2kΩ
สำเร็จรูปที่ผลิตเพื่อทำหน้าที่แปลงสัญญาณโดยเฉพาะ ซึ่งลักษณะสมบัติของวงจรเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ต้อง คำนึงถึงโดยมีค่าต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องดังนี้ 12.3.1 ลักษณะสมบัติของวงจรแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิทัล ADC ลักษณะสมบัติเฉพาะจะบอกถึงขีดความสามารถของวงจร โดยทั่วไปแล้วจะมีอยู่หลายคำ เช่น Sample Rate, ความเที่ยงตรง และความละเอียด ซึ่งค่าเหล่านี้จะขึ้นอยู่กับลักษณะของแต่ละวงจร แต่มีลักษณะสมบัติเฉพาะอีกข้อหนึ่งที่ไม่ขึ้นอยู่กับลักษณะของวงจรคือ ค่าผิดพลาดระหว่างค่าจริงของ สัญญาณแอนะล็อก กับค่าของดิจิทัลที่ใช้แทนค่า (ค่าของ Output ของ ADC) ซึ่งเรียกว่า Quantizing error จะมีค่าอยู่ประมาณ +1/2 digit ต่ำสุด (LSB) ของการแปลงสัญญาณซึ่งก็เป็นการบ่งถึงความแม่นยำ ได้อีกทางหนึ่งด้วยค่า พารามิเตอร์ที่สำคัญอีกตัวหนึ่งสำหรับ ADC คือ conversiontime หรือค่าเวลา สำหรับการแปลงสัญญาณ ซึ่งมีช่วงเวลาอยู่ประมาณ 10-9 วินาที ถึง 10-3 วินาที ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของ วงจรแปลงสัญญาณ และจำนวนบิตในการแปลง 1) Sample and Hold คือ วงจรช่วยลดข้อผิดพลาดในการแปลงสัญญาณเมื่อสัญญาณ มีความถี่สูงถ้าไม่ต้องการให้เกิดความผิดพลาดเนื่องจากระยะเวลาที่ใช้แปลง ควรใช้วงจร Sample and Hold เพื่อรักษาระดับสัญญาณไว้จนกว่าการแปลงสัญญาณจากแอนะล็อกเป็นดิจิทัลจะสมบูรณ์ 2) Sample Rate คือ ค่าความถี่ของการแปลงสัญญาณ เช่น ถ้ามีค่า Sample Rate เท่ากับ 44 kHz ก็หมายถึงการแปลงสัญญาณจะเกิดขึ้นทุก ๆ 22.7 µS 3) Conversion time คือ ระยะเวลาที่ใช้ในการแปลงสัญญาณ 4) Accuracy คือ ค่าความเที่ยงตรงมีลักษณะเหมือนกับในวงจร DAC เป็นการแสดง ค่าที่ถูกต้องเมื่อเทียบกันระหว่างค่าที่แท้จริงกับค่าที่กำหนดได้ 5) Resolution คือ ค่าความละเอียดในการแปลงสัญญาณลักษณะเหมือนกับในวงจร DAC จะเป็นตัวกำหนดค่าความผิดพลาดของการวัดเป็นตัวเลขดิจิทัล quantizing) ซึ่งเป็นการผิดพลาด จากค่าที่แท้จริง 12.3.2 ลักษณะสมบัติของวงจรแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นแอนะล็อก DAC คุณลักษณะของ อุปกรณ์เป็นตัวกำหนดคุณภาพและความเหมาะสมสำหรับการนําไปใช้งานวงจรแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็น แอนะล็อก แบ่งตามกระแสอินพุตหรือแรงดันเอาต์พุตที่ไอซีใช้หลักการพื้นฐานของออปแอมป์ในการแปลง แรงดันเป็นกระแสคุณลักษณะที่สำคัญ คือ จำนวนบิตดิจิทัลอินพุต ย่านแรงดันเอาต์พุต และย่านกระแส เช่น ในรูปที่ 12.23 แสดงวงจร DAC 0 – 5V ขนาด 8 บิตในการทดสอบวงจร DAC จะถูกขับด้วยวงจร 8 บิต วงจร DAC จะได้รับข้อมูลดิจิทัลอินพุตเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้ได้แรงดันแอนะล็อกเพิ่มขึ้นอย่าง ต่อเนื่องมีลักษณะเป็นรูปคลื่นแบบขั้นบันได (staircase waveform) โดยเริ่มที่ 0 V เมื่อดิจิทัลอินพุตเป็น 0000 0000 (0 ฐานสิบ) ค่าแรงดันแอนะล็อกเอาต์พุตจะมีค่าสูงเมื่อดิจิทัลเอาต์พุตมีค่าเป็น 1111 1111 (255 ฐานสิบ) โดยมีการทำงานซ้ำเป็นวงรอบ อธิบายรายละเอียดของรูปคลื่น ที่เอาต์พุตและค่าบิตดิจิทัล อินพุตมีค่าน้ำหนักดังนี้
บิตต่ำสุดมีค่าน้ำหนัก 5 V/256 = 19.5 mV บิตต่อไปมีค่าน้ำหนัก 5 V/128 = 39 mV บิตต่อไปมีค่าน้ำหนัก 5 V/64 = 78 mV บิตต่อไปมีค่าน้ำหนัก 5 V/32 = 156 mV บิตต่อไปมีค่าน้ำหนัก 5 V/16 = 312 mV บิตต่อไปมีค่าน้ำหนัก 5 V/8 = 625 mV บิตต่อไปมีค่าน้ำหนัก 5 V/4 = 1.25 mV และบิตสูงสุดมีค่าน้ำหนัก 5 V/2 = 2.5 V วงจรนับที่ใช้เป็นตัวกำเนิดสัญญาณดิจิทัล สัญญาณอินพุตจะเพิ่มค่าทีละ 1 ทำให้แรงดัน แอนะล็อกที่เอาต์พุตของวงจร DAC มีค่าเพิ่มขึ้น 19.5 mV ต่อการเพิ่มทีละ 1 ตามภาพที่ 12.23 ที่เอาต์พุต แอนะล็อกของวงจร DAC จะมี 255 ขั้น และแต่ละขั้นมีค่าเท่ากับ 19.5 mV สามารถคำนวณได้จาก เมื่อ n คือ จำนวนบิตที่อินพุต เมื่อรวมค่าน้ำหนักของแต่ละบิตจะเห็นได้ว่าเมื่อดิจิทัลอินพุตเป็น 1111 1111 (255 ฐานสิบ) แรงดันแอนะล็อกเอาต์พุตจะมีค่าสูงสุดเป็น 4.98 V ภาพที่ 12.23 คุณลักษณะแรงดันของวงจร DAC ต่อการเปลี่ยนแปลงทุก ๆ 1 บิต 2 8 ค่าแต่ละขั้น = 5V 256 = 5V = 19.5 mV วงจรนับ 8บิต วงจร DAC 8บิต +5V +5V Clock VOUT 0 V 1ขั้น 0.0195 V 0.039 V 4.98 V สูงสุด 2 n ค่าแต่ละขั้น = ค่าแรงดันสูงสุด
นอกจากนี้ลักษณะสมบัติของวงจรแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นแอนะล็อกยังมีค่าต่าง ๆ ที่ เกี่ยวข้องต่อการทำงานของวงจร ดังนี้ 1) ค่าความละเอียด (Resolution) หมายถึง รายละเอียดส่วนที่เล็กที่สุด ค่าความ ละเอียดของวงจร DAC เป็นค่าแต่ละขั้นหรือการเปลี่ยนแอนะล็อกเอาต์พุตที่มีค่าน้อยที่สุด ได้จากการเพิ่ม ค่าของดิจิทัลอินพุต ค่าความละเอียดของวงจร DAC จะกำหนดเป็นเปอร์เซ็นของค่าที่เอาต์พุตสามารถ คำนวณได้จากสูตร ตามภาพที่ 12.23 สามารถหาค่าความละเอียดได้ดังนี้ 2) การเกิดค่าความผิดพลาด วงจร DAC ที่ดีต้องให้ค่าเอาต์พุตออกมาตรงตามค่าอินพุต เมื่ออินพุตให้ค่ามากขึ้นสัญญาณเอาต์พุตก็ต้องมีค่ามากขึ้น และการเพิ่มขึ้นของอินพุตแต่ละขั้น ก็ต้องให้ค่า เอาต์พุตแต่ละขั้นเท่า ๆ กันด้วย ในการทำงานเมื่อต่อวงจรนับเข้ากับอินพุตของวงจร DAC จะทำให้แรงดัน เอาต์พุตเพิ่มขึ้นเป็นขั้น ๆ อย่างต่อเนื่องได้เป็นรูปคลื่นขั้นบันได เรียกว่า วงจร DAC ทำงานเพิ่มค่าอย่าง สม่ำเสมอ (Linear Output) ตามภาพที่ 12.24 ด้านซ้ายมือ ส่วนการเพิ่มค่าดิจิทัลอินพุตแล้วทำให้เอาต์พุต ของวงจร DAC มีค่าเพิ่มขึ้นอย่างไม่สม่ำเสมอมี 2 แบบใหญ่ๆ คือ Non-linear distortion หมายถึง ลักษณะการผิดเพี้ยนของวงจรที่ให้ค่าเอาต์พุตแต่ละสเต็ปไม่เท่ากัน และ Non-monotonic distortion หมายถึง การผิดเพี้ยนของวงจรในการให้ค่าเอาต์พุตของแต่ละสเต็ปไม่เท่ากัน และบางครั้งให้ค่าเอาต์พุตมี ค่าลดลงทั้ง ๆ ที่อินพุตมีค่าเพิ่มขึ้น ค่าผิดพลาดที่เกิดขึ้นมีสาเหตุมาจากวงจรภายในไอซีดีเอซีทำงานไม่ ถูกต้อง ต้องแยกส่วนให้ได้ว่ามีปัญหาที่แหล่งจ่ายหรือที่โหลด ค่าแรงดันสูงสุด เปอร์เซ็นความละเอียด = ค่าในแต่ละขั้น X 100 ค่าแรงดันสูงสุด เปอร์เซ็นความละเอียด = ค่าในแต่ละขั้น X 100 5V เปอร์เซ็นความละเอียด = 0.0195V X 100 เปอร์เซ็นความละเอียด = 0.39 X 100 เปอร์เซ็นความละเอียด = 0.39% 2 n หรือ Vres = VREF
ภาพที่ 12.24 สัญญาณการเพิ่มค่าอย่างสม่ำเสมอแบบขั้นบันได (ที่มา: https://www.udru.ac.th/oldsite/attachments/elearning, 2562) 3) ความเที่ยงตรง (Accuracy) เป็นการเปรียบเทียบค่าจริงกับค่าที่คำนวณได้ ปกติจะ กำหนดเป็นเปอร์เซ็นของค่าเอาต์พุตเมื่อเต็มสเกล (Full scale) ตัวอย่างที่ 1 วงจร DAC ขนาด 2 บิต มีแรงดันอ้างอิง 8 โวลต์ และค่าความเที่ยงตรง @ ± 0.2% จงหาค่าความละเอียด และค่าความเที่ยงตรงในเทอมของแรงดัน วิธีทำ Resolution = 1/2n = 1/22 = 1/4 = 25% หรือ Resolution = (1/4) x 8 V = 2V และ Accuracy = (±0.2%) x 8 V = ±16 mV 4) ความเร็ว (Speed) หมายถึงความเร็วของ Output settling time ซึ่งเป็นเวลาที่ต้อง ใช้เพื่อสร้างค่าเอาต์พุตเมื่ออินพุตมีการเปลี่ยนแปลง 12.4 การประยุกต์ใช้งานการเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัล การประยุกต์ใช้งานวงจรเชื่อมต่อแอนะล็อกและดิจิทัลจะพบได้ควบคู่กับการใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ เซ็นเซอร์ในวงจรเครื่องวัด, วงจรแสดงผล และวงจรอิเล็กทรอนิกส์ในการควบคุมกระบวนการ, วงจรปรับระดับ สัญญาณ, วงจรสื่อสาร, ระบบเตือนภัย, วงจรอิเล็กทรอนิกส์ทางด้านการแพทย์ด้านวิทยาศาสตร์และในระบบ คอมพิวเตอร์รวมถึงการสื่อสาร เป็นต้น จะเห็นได้ว่าวงจรเชื่อมต่อแอนะล็อกและดิจิทัลถูกนำไปใช้งานอย่าง กว้างขวาง สามารถยกตัวอย่างได้ดังนี้
12.4.1 ไอซีแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัล เบอร์ ADC0803 เป็นไอซีที่ผลิตเพื่อใช้ แปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิทัลที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย มีคุณสมบัติดังนี้ 1) เป็นไอซีแบบซีมอสขนาด 20 ขา ใช้หลักการในการแปลงสัญญาณขาแอนะล็อกเป็น ดิจิทัลแบบ Successive Approximate ADC 2) ได้สัญญาณดิจิทัลที่เอาต์พุตขนาด 8 บิต ที่เป็นแบบลอจิกสามสถานะ (Tri-state Logic) จึงสามารถต่อได้โดยตรงกับบัสข้อมูลของไมโครโปรเซสเซอร์ 3) มีค่าความแยกชัด (Resolution) เท่ากับ 5V/255 = 19.6 V 4) มีวงจรกำเนิดสัญญาณภายในที่สร้างสัญญาณนาฬิกา (Clock : CLK) ที่มีค่าความถี่ เป็นไปตามสมการ หน่วยเป็นเฮิร์ต (Hz) เมื่อ R และ C คือตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุภายนอก โดยทั่วไป จะใช้ค่า 10 kΩ และ 150 pF ตามลำดับ ความถี่ที่ได้จะมีค่าโดยประมาณเท่ากับ 606 kHz – 1MHz ซึ่งนอกจากจะใช้สัญญาณ นาฬิกาจากวงจรสร้างสัญญาณนาฬิกาภายในแล้วยังสามารถใช้สัญญาณนาฬิกาจากภายนอกได้โดยป้อน สัญญาณนาฬิกาจากภายนอกเข้าที่ขา CLK IN 5) ถ้าใชสัญญาณนาฬิกาความถี่ 606 kHz จะใช้เวลาในการแปลงสัญญาณเท่ากับ 100 µs หมายความว่าถ้าป้อนสัญญาณแอนะล็อกเข้าที่อินพุต เมื่อเวลาผ่านไป 100 µs จะได้สัญญาณดิจิทัลที่เอาต์พุต 6) มีการแยกกราวด์ระหว่างสัญญาณแอนะล็อกอินพุตกับกราวด์ของสัญญาณดิจิทัล เอาต์พุตเพื่อเป็นการป้องกันสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นที่กราวด์ของสัญญาณดิจิทัลซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยน สภาวะอย่างทันทีทันใดของสัญญาณดิจิทัลที่ทําให้การไหลของกระแสเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว การประยุกต์ใช้งาน 1) ใช้เชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์เซ็นเซอร์กับไมโครโปรเซสเซอร์ 2) ใช้ในวงจรดิจิตอลเทอร์โมมิเตอร์ 3) การควบคุมอุณหภูมิให้คงที่แบบดิจิทัล 4) ใช้กับระบบการตรวจจับด้วยไมโครโปรเซสเซอร์และระบบการควบคุม ลักษณะของไอซี ADC0803 แสดงตามภาพที่ 12.25 1.1RC f = 1
(ก) ตำแหน่งขา (ข) แผนภาพวงจร ภาพที่ 12.25 ไอซีADC0803 (ที่มา: https://www.udru.ac.th/oldsite/attachments/elearning, 2562) ค่าตัวแปรในการใช้งานแสดงตามตารางที่ 12.4 ตารางที่ 12.4 แสดงค่าตัวแปรการใช้งานของไอซี ADC0803 สัญลักษณ์ พารามิเตอร์ ค่า หน่วย VCC แรงดันแหล่งจ่าย 6.5 V แรงดันอินพุตควบคุมลอจิก 0.3 ถึง +16 V แรงดันอินพุตอื่น ๆ -0.3 ถึง (VCC+0.3) V TA ย่านอุณหภูมิทำงาน ADC0803/04-1 LCD ADC0803/04-1 LCN ADC0803/04-1 CD ADC0803/04-1 CN -40 ถึง +85 -40 ถึง +75 0 ถึง +70 0 ถึง +70 oC oC oC oC TSTG อุณหภูมิสะสม -65 ถึง +150 oC TSOLD อุณหภูมิที่ใช้ในการบัดกรี (10 วินาที) 300 oC PD ความสิ้นเปลืองพลังงานสูงสุด TA 25 ํC
แพคเกจ N แพคเกจ D 1690 1390 mA mA เมื่อนําวงจรรวมเบอร์ADC0803 ไปสร้างประยุกต์เป็นมิเตอร์วัดแสง (Light Meter) ได้ตาม ภาพที่ 12.26 โดยต่อโฟโตเซลล์ในวงจรคือ R ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงค่า R ของโฟโตเซลล์จะทําให้แรงดันตก คร่อม R (แรงดัน V) เปลี่ยนแปลงไป ผลคือข้อมูลดิจิทัลเอาต์พุตจะเปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณความสว่างของ แสงที่ตกกระทบโฟโตเซลล์ ภาพที่ 12.26 วงจรวัดความสว่างของแสง (ที่มา: https://pws.npru.ac.th/thawatchait/data/files, 2562) 12.4.2 1 ไอซีแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นสัญญาณแอนะล็อก MC1408 (DAC) เป็นตัวแปลง สัญญาณดิจิทัลให้เป็นสัญญาณแอนะล็อก ได้ค่ากระแสที่เอาต์พุตมีลักษณะเป็นเชิงเส้น ค่าความเที่ยงตรง (Accuracy) 8 บิต ในย่านอุณหภูมิทั้งสอง มีค่าความเที่ยงสัมพัทธ์ ± 0.19 % ของค่าผิดพลาดสูงสุด (MC1408L8, MC1408P8, MC1508L8) ค่าความเที่ยงตรง 7 และ 6 บิต ของไอซี MC1408 จะมีเลข 7 และ 6 อยู่หลังคํานําหน้าของแพคเกจ ค่าเวลาเข้าที่ (Settling Time) มีความเร็ว 300 ns อินพุตดิจิทัลนอนอินเวอร์ติงเป็นทีทีแอลและซีมอสที่ใช้แทนกันได้แรงดันเอาต์พุตมีค่า +0.4 V ถึง - 5.0 V มีความเร็วสูงในการเปลี่ยนค่าอินพุต อัตราสลูร์ (Slew Rate) 4.0 mA/µs แรงดันป้อนเข้าที่ใช้เป็น มาตรฐาน +5.0 V และ -5.0 V ถึง -15 V ± 0.19 % ของค่าผิดพลาดสูงสุด ค่าตัวแปรในการใช้งานแสดงตาม ตารางที่ 12.5
ตารางที่ 12.5 แสดงค่าตัวแปรการใช้งานของไอซี MC1408 สัญลักษณ์ พารามิเตอร์ ค่า หน่วย VCC VEE แรงดันแหล่งจ่าย +5.5 -16.5 Vdc V5 ถึง V12 แรงดันอินพุตดิจิทัล 0 ถึง +5.5 Vdc VO แรงดันเอาต์พุต +0.5 , -5.2 Vdc I14 กระแสอ้างอิง 5.0 mA V14 V15 การขยายสัญญาณอ้างอิงที่ อินพุต VCC VEE Vdc TA ย่านอุณหภูมิทำงาน MC1508 อนุกรม MC1408 -55 ถึง +125 0 ถึง +75 oC Tstg ย่านอุณหภูมิสะสม -65 ถึง +150 oC ลักษณะของไอซี MC1408 และตำแหน่งขาแสดงตามภาพที่ 12.27 (ก) แบบ N Package (ข) แบบ D Package ภาพที่ 12.27 ตำแหน่งขาของไอซี MC1408 (ที่มา: https://es.datasheetq.com/datasheet-download/487417/1/Philips/MC1408-8, 2562)
ลักษณะแผนภาพวงจรของไอซี MC1408 แสดงตามภาพที่ 12.28 ภาพที่ 12.28 แผนภาพวงจรของไอซี MC1408 (ที่มา: https://www.udru.ac.th/oldsite/attachments/elearning, 2562) ช่วงเวลาเข้าที่ของไอซี(Conversion time) เป็นช่วงเวลาที่เอาต์พุตแอนะล็อกของวงจร DAC มีค่า ถึง 99.95% ของค่าใหม่ หลังจากที่มีการป้อนดิจิทัลอินพุต คุณลักษณะของอุปกรณ์ DAC ในข้อนี้ใช้บอก ความเร็วของการแปลงสัญญาณและใช้หาค่าความถี่สูงสุดในการทำงานของวงจร DAC เช่น ไอซี MC1408 ช่วงเวลาเข้าที่ประมาณ 300 ns สรุป การเชื่อมต่อวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัลเป็นการนำสัญญาณที่มีความแตกต่างกันโดยสิ้นเชิงมาใช้ งานร่วมกัน เนื่องจากสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณที่มีความต่อเนื่องแต่ระดับสัญญาณขึ้นลงไม่มีความ แน่นอนซึ่งส่วนใหญ่เป็นสัญญาณที่มาจากแหล่งธรรมชาติ เช่น อุณหภูมิ ความดัน ความเข้มของแสง ฯลฯ ส่วน สัญญาณดิจิทัลนั้นเป็นสัญญาณที่มีระดับขึ้นลงแน่นอนอยู่ในรูปของสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมสามารถแทนด้วย แรงดันขนาด 0 ถึง 5 โวลต์ หรือตัวเลข 0 กับ 1 การเชื่อมต่อสัญญาณระหว่างวงจรแอนะล็อกกับวงจรดิจิทัล จึงมีวงจรที่ทำหน้าที่หลัก 2 วงจร ได้แก่ วงจรแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิทัล หรือ ADC (Analog to Digital Converter) และวงจรแปลงสัญ ญ าณ ดิจิทัลเป็นแอนะล็อก หรือ DAC (Digital to Analog Converter) ซึ่งทั้งสองวงจรอาจถูกนำมาใช้ร่วมกันหรือแยกใช้เฉพาะวงจรก็ได้ขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้งาน ซึ่ง ในปัจจุบันมีการผลิตวงจรรวมหรือไอซีที่ทำหน้าที่ในการแปลงสัญญาณออกมาใช้งานอย่างแพร่หลาย และเป็น ที่นิยมใช้ในงานหลาย ๆ ด้าน เช่น ไอซี ADC0803 ไอซี MC1408 เป็นต้น