V elektroniki je vezje DAC neke vrste sistem. Ona je tista, ki pretvarja digitalni signal v analogni.
Obstaja več DAC vezij. Primernost za določeno aplikacijo je določena z meritvami kakovosti, vključno z ločljivostjo, največjo hitrostjo vzorčenja in drugimi.
Digitalno-analogna pretvorba lahko poslabša pošiljanje signala, zato je treba najti instrument, ki ima manjše napake pri uporabi.
Aplikacije
DAC-ji se običajno uporabljajo v predvajalnikih glasbe za pretvorbo številčnih tokov informacij v analogne zvočne signale. Uporabljajo se tudi v televizorjih in mobilnih telefonih za pretvorbo video podatkov v video signale, ki so povezani z gonilniki zaslona za prikaz enobarvnih ali večbarvnih slik.
Ti dve aplikaciji uporabljata vezja DAC na nasprotnih koncih kompromisa med gostoto in številom slikovnih pik. Zvok je nizkofrekvenčna vrsta z visoko ločljivostjo, video pa je visokofrekvenčna različica z nizko do srednjo sliko.
Zaradi zapletenosti in potrebe po skrbno usklajenih komponentah so vsi DAC-ji razen najbolj specializiranih implementirani kot integrirana vezja (IC-ji). Diskretne povezave so običajno izjemno hitre, nizke ločljivosti in varčne vrste, ki se uporabljajo v vojaških radarskih sistemih. Zelo hitra testna oprema, zlasti osciloskopi za vzorčenje, lahko uporablja tudi diskretne DAC-je.
Pregled
Polkonstanten izhod običajnega nefiltriranega DAC-a je vgrajen v skoraj vsako napravo, začetna slika ali končna pasovna širina zasnove pa gladi odziv višine v neprekinjeno krivuljo.
Ko odgovorimo na vprašanje: "Kaj je DAC?", velja omeniti, da ta komponenta pretvori abstraktno število končne natančnosti (običajno binarno številko s fiksno točko) v fizično vrednost (na primer napetost ali pritisk). Zlasti D/A pretvorba se pogosto uporablja za spreminjanje podatkov časovnih vrst v nenehno spreminjajoči se fizični signal.
Idealni DAC pretvori abstraktne številke v konceptualni niz impulzov, ki jih nato obdela rekonstrukcijski filter z uporabo neke oblike interpolacije za zapolnitev podatkov med impulzi. Vsakdanjipraktičen digitalno-analogni pretvornik spremeni števila v kosično konstantno funkcijo, sestavljeno iz zaporedja pravokotnih vzorcev, ki so ustvarjeni z ničelnim redom. Tudi odgovor na vprašanje: "Kaj je DAC?" velja omeniti druge metode (na primer, ki temeljijo na delta-sigma modulaciji). Ustvarjajo moduliran izhod z impulzno gostoto, ki ga je mogoče podobno filtrirati, da proizvede gladko spreminjajoči se signal.
V skladu z Nyquist-Shannonovim izrekom o vzorčenju lahko DAC rekonstruira izvirno vibracijo iz vzorčenih podatkov, pod pogojem, da njegova penetracijska cona izpolnjuje določene zahteve (na primer impulz osnovnega pasu z nižjo gostoto linij). Digitalni vzorec predstavlja napako kvantizacije, ki se v rekonstruiranem signalu pojavi kot nizko raven šuma.
Poenostavljen funkcijski diagram 8-bitnega orodja
Takoj velja omeniti, da je najbolj priljubljen model digitalno-analogni pretvornik Real Cable NANO-DAC. DAC je del napredne tehnologije, ki je pomembno prispevala k digitalni revoluciji. Za ponazoritev si oglejte tipične telefonske klice na dolge razdalje.
Glas klicatelja se z mikrofonom pretvori v analogni električni signal, nato pa se ta impulz skupaj z DAC-om spremeni v digitalni tok. Slednji se nato razdeli na omrežne pakete, kamor se lahko pošlje skupaj z drugimi digitalnimi podatki. In morda ni nujno avdio.
Nato paketiso sprejeti na cilju, vendar lahko vsak od njih ubere povsem drugo pot in niti ne doseže cilja v pravilnem vrstnem redu in ob pravem času. Digitalni glasovni podatki se nato ekstrahirajo iz paketov in sestavijo v skupni podatkovni tok. DAC to pretvori nazaj v analogni električni signal, ki poganja avdio ojačevalnik (kot je digitalno-analogni pretvornik Real Cable NANO-DAC). On pa aktivira zvočnik, ki končno proizvede potreben zvok.
Avdio
Večina sodobnih akustičnih signalov je shranjenih digitalno (npr. MP3 in CD). Da bi jih slišali skozi zvočnike, jih je treba pretvoriti v podoben impulz. Tako lahko najdete digitalno-analogni pretvornik za TV, CD predvajalnik, digitalne glasbene sisteme in zvočne kartice za osebne računalnike.
Posebne samostojne DAC-je lahko najdete tudi v visokokakovostnih Hi-Fi sistemih. Običajno vzamejo digitalni izhod združljivega CD predvajalnika ali namenskega vozila in pretvorijo signal v analogni izhod na linijski ravni, ki se nato lahko napaja v ojačevalnik za pogon zvočnikov.
Podobne D/A pretvornike lahko najdete v digitalnih stolpcih, kot so zvočniki USB in zvočne kartice.
V aplikacijah Voice over IP je treba vir najprej digitalizirati za prenos, tako da se pretvori prek ADC in nato pretvori v analogni z DAC naprejemnica. Ta metoda se na primer uporablja za nekatere digitalno-analogne pretvornike (TV).
Slika
Vzorčenje običajno deluje v popolnoma drugačnem obsegu zaradi zelo nelinearnega odziva katodnih cevi (katerem je bila namenjena velika večina digitalne video produkcije) in človeškega očesa z uporabo gama krivulja, ki zagotavlja videz enakomerno porazdeljenih stopenj svetlosti po celotnem dinamičnem območju zaslona. Zato je treba uporabiti RAMDAC v računalniških video aplikacijah z dokaj globoko barvno ločljivostjo, tako da je nepraktično ustvariti trdo kodirano vrednost v DAC za vsako izhodno raven vsakega kanala (na primer Atari ST ali Sega Genesis bi potrebujete 24 teh vrednosti; 24-bitna grafična kartica bi potrebovala 768).
Glede na to prirojeno popačenje ni nenavadno, da ima TV ali video projektor resnično naveden, da ima linearno kontrastno razmerje (razlika med najtemnejšim in najsvetlejšim nivojem izhoda) 1000:1 ali več. To je enako 10 bitom zvestobe zvoka, tudi če lahko sprejema samo signale z 8-bitno zvestobo in uporablja LCD zaslon, ki prikazuje samo šest ali sedem bitov na kanal. Ocene DAC so objavljene na tej podlagi.
Video signale iz digitalnega vira, kot je računalnik, je treba pretvoriti v analogno obliko, če naj bodo prikazani na monitorju. Podobno od leta 2007vhodi so bili uporabljeni pogosteje kot digitalni, vendar se je to spremenilo, saj so postali pogostejši ploski zasloni s priključki DVI ali HDMI. Vendar pa je video DAC vgrajen v kateri koli digitalni video predvajalnik z enakimi izhodi. Digitalno-analogni avdio pretvornik je običajno integriran z nekakšno vrsto pomnilnika (RAM), ki vsebuje reorganizacijske tabele za korekcijo gama, kontrast in svetlost, da ustvari napeljavo, imenovano RAMDAC.
Naprava, ki je na daljavo povezana z DAC, je digitalno krmiljen potenciometer, ki se uporablja za zajemanje signala.
Mehanska zasnova
Na primer, pisalni stroj IBM Selectric že uporablja neročni DAC za poganjanje žoge.
Digitalno-analogno vezje pretvornika izgleda takole.
Enobitni mehanski pogon ima dva položaja: enega, ko je vklopljen, drugega, ko je izklopljen. Naprava lahko brez obotavljanja kombinira in obteži gibanje večih enobitnih aktuatorjev, da dobi natančnejše korake.
Ta sistem uporablja pisalni stroj IBM Selectric.
Glavne vrste digitalno-analognih pretvornikov
- Modulator širine impulza, kjer se stabilen tok ali napetost preklopi v nizkopasovni analogni filter s trajanjem, določenim z digitalno vhodno kodo. Ta metoda se pogosto uporablja za nadzor hitrosti motorja in zatemnitev LED luči.
- Pretvornik digitalnega v analogni zvok zDAC-ji za prekomerno vzorčenje ali interpolacijo, kot so tisti, ki uporabljajo delta-sigma modulacijo, uporabljajo metodo variacije gostote impulza. Hitrosti nad 100 ksample na sekundo (npr. 180 kHz) in 28-bitno ločljivost so dosegljive z napravo delta-sigma.
- Binarni uteženi element, ki vsebuje ločene električne komponente za vsak DAC bit, povezan s točko seštevanja. Ona je tista, ki lahko sešteje operacijski ojačevalnik. Trenutna moč vira je sorazmerna s težo bita, ki mu ustreza. Tako se uteži dodajo vsi neničelni biti kode. To je zato, ker imajo na voljo enak vir napetosti. To je ena najhitrejših metod pretvorbe, vendar ni popolna. Ker obstaja problem: nizka zvestoba zaradi velikih podatkov, potrebnih za vsako posamezno napetost ali tok. Takšne visoko natančne komponente so drage, zato je tovrstni model običajno omejen na 8-bitno ločljivost ali celo manj. Preklopni upor je namenjen digitalno-analognim pretvornikom v vzporednih omrežnih virih. Posamezni primerki so priključeni na elektriko na podlagi digitalnega vhoda. Načelo delovanja te vrste digitalno-analognega pretvornika je v preklopnem tokovnem viru DAC, iz katerega so izbrani različni ključi na podlagi številčnega vhoda. Vključuje sinhroni kondenzatorski vod. Ti posamezni elementi so povezani ali odklopljeni s posebnim mehanizmom (nogo), ki se nahaja v bližini vseh vtičev.
- Digitalno-analogni pretvorniki stopniščtip, ki je binarno utežen element. Po drugi strani pa uporablja ponavljajočo se strukturo kaskadnih vrednosti uporov R in 2R. To izboljša natančnost zaradi relativne enostavnosti izdelave enakega nazivnega mehanizma (ali tokovnih virov).
- Sekvenčni napredni ali ciklični DAC, ki med vsakim korakom gradi izhod enega za drugim. Posamezne bite digitalnega vhoda obdelujejo vsi konektorji, dokler se ne upošteva celoten objekt.
- Termometer je kodiran DAC, ki vsebuje enak upor ali segment tokovnega vira za vsako možno vrednost izhoda DAC. 8-bitni termometer DAC bo imel 255 elementov, 16-bitni termometer DAC pa 65.535 delov. To je morda najhitrejša in najbolj natančna arhitektura DAC, vendar na račun visokih stroškov. S to vrsto DAC-a so bile dosežene stopnje pretvorbe več kot milijardo vzorcev na sekundo.
- Hibridni DAC-ji, ki uporabljajo kombinacijo zgornjih metod v enem samem pretvorniku. Večina DAC IC je te vrste zaradi težav pri pridobivanju nizkih stroškov, visoke hitrosti in natančnosti v eni napravi.
- Segmentirani DAC, ki združuje načelo kodiranja termometra za višje števke in binarno utežitev za nižje komponente. Na ta način je dosežen kompromis med natančnostjo (z uporabo principa kodiranja termometra) in številom uporov ali tokovnih virov (z uporabo binarnega uteži). Globoka naprava z dvojnimdejanje pomeni, da je segmentacija 0%, dizajn s popolnim termometričnim kodiranjem pa ima 100%.
Večina DACS na tem seznamu se zanaša na referenco konstantne napetosti, da ustvari svojo izhodno vrednost. Druga možnost je, da množilni DAC sprejme vhodno napetost izmeničnega toka, da jih pretvori. To nalaga dodatne načrtovalne omejitve pasovne širine reorganizacijske sheme. Zdaj je jasno, zakaj so potrebni digitalno-analogni pretvorniki različnih vrst.
Uspešnost
DAC-ji so zelo pomembni za delovanje sistema. Najpomembnejša značilnost teh naprav je ločljivost, ki je ustvarjena za uporabo digitalno-analognega pretvornika.
Število možnih izhodnih nivojev, ki jih je DAC zasnovan za predvajanje, je običajno navedeno kot število bitov, ki jih uporablja, kar je osnovni dva logaritem števila nivojev. Na primer, 1-bitni DAC je zasnovan za predvajanje dveh vezij, medtem ko je 8-bitni DAC zasnovan za predvajanje 256 vezij. Polnjenje je povezano z efektivnim številom bitov, ki je merilo dejanske ločljivosti, ki jo doseže DAC. Ločljivost določa globino barve v video aplikacijah in zvočno bitno hitrost v zvočnih napravah.
Največja frekvenca
Merjenje najhitrejše hitrosti, pri kateri lahko deluje vezje DAC, in še vedno proizvaja pravilen izhod, določa razmerje med njim in pasovno širino vzorčenega signala. Kot je navedeno zgoraj, izrekNyquist-Shannon vzorci povezujejo neprekinjene in diskretne signale in trdijo, da je vsak signal mogoče rekonstruirati s poljubno natančnostjo iz njegovih diskretnih zapisov.
Monotoničnost
Ta koncept se nanaša na sposobnost analognega izhoda DAC-a, da se premika samo v smeri, v kateri se premika digitalni vhod. Ta lastnost je zelo pomembna za DAC-je, ki se uporabljajo kot vir nizkofrekvenčnega signala.
Popolno harmonično popačenje in šum (THD + N)
Meritev popačenja in tujih zvokov, ki jih DAC vnese v signal, izraženo kot odstotek skupne količine neželenega harmonskega popačenja in šuma, ki spremlja želeni signal. To je zelo pomembna lastnost za dinamične in nizkoizhodne DAC aplikacije.
Razpon
Merjenje razlike med največjim in najmanjšim signalom, ki ga DAC lahko reproducira, izraženo v decibelih, je običajno povezano z ločljivostjo in nivojem šuma.
Druge meritve, kot sta fazno popačenje in tresenje, so lahko prav tako zelo pomembne za nekatere aplikacije. Obstajajo tisti (npr. brezžični prenos podatkov, sestavljeni video), ki se lahko celo zanesejo na natančen sprejem fazno prilagojenih signalov.
Linearno PCM vzorčenje zvoka običajno deluje pri ločljivosti vsakega bita, ki je enaka šestim decibelom amplitude (podvojitev glasnosti ali natančnosti).
Nelinearna kodiranja PCM (A-zakon / Μ-zakon, ADPCM, NICAM) poskušajo izboljšati svoje učinkovite dinamične razpone na različne načine -logaritemske velikosti korakov med izhodnimi zvočnimi nivoji, ki jih predstavlja vsak bit podatkov.
Razvrstitev digitalno-analognih pretvornikov
Razvrstitev po nelinearnosti jih deli na:
- Izrazita nelinearnost, ki kaže, kako dve sosednji vrednosti kode odstopata od popolnega koraka 1 LSB.
- Kumulativna nelinearnost označuje, kako daleč DAC prenos odstopa od idealnega.
Torej je idealna lastnost običajno ravna črta. INL prikazuje, koliko se dejanska napetost pri dani vrednosti kode razlikuje od te vrstice v najmanj pomembnih bitih.
Boost
Končno je hrup omejen s toplotnim brnenjem, ki ga povzročajo pasivne komponente, kot so upori. Za avdio aplikacije in pri sobni temperaturi je to običajno nekaj manj kot 1 µV (mikrovolt) belega signala. To omejuje zmogljivost na manj kot 20 bitov tudi v 24-bitnih DAC-jih.
Uspešnost v frekvenčni domeni
Dinamični razpon brez laži (SFDR) označuje v dB razmerje moči pretvorjenega glavnega signala do največjega nezaželenega prekoračitve.
Razmerje popačenja šuma (SNDR) označuje v dB lastnost moči pretvorjenega glavnega zvoka v njegovo vsoto.
Popolno harmonično popačenje (THD) je vsota moči vseh HDi.
Če je največja napaka DNL manjša od 1 LSB, je digitalno-analogni pretvornik zagotovljenbo enoten. Vendar pa imajo lahko številni monotoni instrumenti največjo vrednost DNL večjo od 1 LSB.
Uspešnost časovne domene:
- Ipulzna cona motenj (energija motenj).
- Negotovost odgovora.
- Čas nelinearnosti (TNL).
Osnovne operacije DAC
Analogno-digitalni pretvornik vzame natančno število (najpogosteje dvojiško število s fiksno točko) in ga pretvori v fizično količino (na primer napetost ali tlak). DAC-ji se pogosto uporabljajo za reorganizacijo podatkov časovne serije s končno natančnostjo v nenehno spreminjajoči se fizični signal.
Idealni D/A pretvornik vzame abstraktne številke iz niza impulzov, ki se nato obdelajo z uporabo oblike interpolacije za izpolnjevanje podatkov med signali. Običajni digitalno-analogni pretvornik postavi številke v kosično konstantno funkcijo, sestavljeno iz zaporedja pravokotnih vrednosti, ki je modelirana z zadrževanjem ničelnega reda.
Pretvornik obnovi izvirne signale, tako da njegova pasovna širina ustreza določenim zahtevam. Digitalno vzorčenje spremljajo napake kvantizacije, ki ustvarjajo nizko raven šuma. On je tisti, ki je dodan obnovljenemu signalu. Najmanjša amplituda analognega zvoka, ki lahko povzroči spremembo digitalnega zvoka, se imenuje najmanjši bit (LSB). In napaka (zaokroževanje), ki se pojavi med analognim in digitalnim signalom,se imenuje napaka kvantizacije.
