I elektronikk er DAC-kretsen et slags system. Det er hun som konverterer det digitale signalet til analogt.
Det er flere DAC-kretser. Egnethet for en bestemt applikasjon bestemmes av kvalitetsmålinger, inkludert oppløsning, maksimal samplingsfrekvens og andre.
Digital-til-analog konvertering kan forringe sendingen av signalet, så det er nødvendig å finne et instrument som har mindre feil når det gjelder bruk.
Applications
DAC-er brukes vanligvis i musikkspillere for å konvertere numeriske strømmer av informasjon til analoge lydsignaler. De brukes også i TV-er og mobiltelefoner for å konvertere videodata til henholdsvis videosignaler, som kobles til skjermdrivere for å vise monokromatiske eller flerfargede bilder.
Det er disse to applikasjonene som bruker DAC-kretser i motsatt ende av kompromisset mellom tetthet og pikselantall. Lyd er en lavfrekvent type med høy oppløsning, og video er en høyfrekvent variant med et lavt til middels bilde.
På grunn av kompleksitet og behovet for nøye tilpassede komponenter, er alle unntatt de mest spesialiserte DAC-ene implementert som integrerte kretser (IC). Diskrete lenker er vanligvis ekstremt raske, lavoppløselige, strømsparende typer som brukes i militære radarsystemer. Testutstyr med svært høy hastighet, spesielt prøvetakingsoscilloskoper, kan også bruke diskrete DAC-er.
Oversikt
Den semi-konstante utgangen til en konvensjonell ufiltrert DAC er innebygd i nesten alle enheter, og det første bildet eller den endelige båndbredden til designet jevner ut tonehøyderesponsen til en kontinuerlig kurve.
Ved å svare på spørsmålet: "Hva er en DAC?", er det verdt å merke seg at denne komponenten konverterer et abstrakt tall med endelig presisjon (vanligvis et binært fikspunktsiffer) til en fysisk verdi (for eksempel spenning eller press). Spesielt blir D/A-konvertering ofte brukt til å endre tidsseriedata til et fysisk signal i kontinuerlig endring.
Den ideelle DAC konverterer abstrakte sifre til et konseptuelt tog av pulser, som deretter behandles av et rekonstruksjonsfilter, ved å bruke en form for interpolasjon for å fylle ut data mellom pulser. Vanligen praktisk digital-til-analog-omformer endrer tallene til en stykkevis konstant funksjon som består av en sekvens av rektangulære mønstre som er laget med nullte orden. Svarer også på spørsmålet "Hva er en DAC?" det er verdt å merke seg andre metoder (for eksempel basert på delta-sigma-modulasjon). De lager en pulstetthetsmodulert utgang som kan filtreres på samme måte for å produsere et jevnt varierende signal.
I henhold til Nyquist-Shannon-samplingsteoremet kan DAC rekonstruere den opprinnelige vibrasjonen fra de samplede dataene, forutsatt at penetrasjonssonen oppfyller visse krav (for eksempel en basebåndpuls med lavere linjetetthet). Den digitale prøven representerer kvantiseringsfeilen, som vises som lavnivåstøy i det rekonstruerte signalet.
Forenklet funksjonsdiagram av et 8-bits verktøy
Det er verdt å merke seg med en gang at den mest populære modellen er Real Cable NANO-DAC digital-til-analog-omformeren. DAC-en er en del av en avansert teknologi som har gitt et betydelig bidrag til den digitale revolusjonen. For å illustrere, vurder typiske langdistansetelefonsamtaler.
Stemmen til den som ringer blir konvertert til et analogt elektrisk signal ved hjelp av en mikrofon, og deretter endres denne pulsen til en digital strøm sammen med DAC. Deretter er sistnevnte delt inn i nettverkspakker, hvor den kan sendes sammen med andre digitale data. Og det er ikke nødvendigvis lyd.
Deretter pakkerblir akseptert på destinasjonen, men hver av dem kan ta en helt annen rute og ikke engang nå destinasjonen i riktig rekkefølge og til riktig tid. De digitale taledataene trekkes deretter ut fra pakkene og settes sammen til en felles datastrøm. DAC-en konverterer dette tilbake til et analogt elektrisk signal som driver en lydforsterker (som Real Cable NANO-DAC digital-til-analog-omformer). Og han aktiverer på sin side høyttaleren, som til slutt produserer den nødvendige lyden.
Audio
De fleste moderne akustiske signaler lagres digit alt (f.eks. MP3 og CD). For å bli hørt gjennom høyttalerne må de konverteres til en lignende impuls. Så du kan finne en digital-til-analog-konverter for TV, CD-spiller, digitale musikksystemer og PC-lydkort.
Dedikerte frittstående DAC-er kan også finnes i høykvalitets Hi-Fi-systemer. De tar vanligvis den digitale utgangen fra en kompatibel CD-spiller eller dedikert kjøretøy og konverterer signalet til en analog utgang på linjenivå som deretter kan mates inn i en forsterker for å drive høyttalere.
Lignende D/A-omformere finnes i digitale kolonner som USB-høyttalere og lydkort.
I Voice over IP-applikasjoner må kilden først digitaliseres for overføring, så den konverteres via en ADC og deretter konverteres til analog ved hjelp av en DAC påden mottakende parten. Denne metoden brukes for eksempel for noen digital-til-analog-omformere (TV).
bilde
Sampling har en tendens til å operere i en helt annen skala tot alt sett, på grunn av den svært ikke-lineære responsen til både katodestrålerør (som det store flertallet av digital videoproduksjon har vært bestemt for) og det menneskelige øyet, ved hjelp av en gammakurve for å gi utseendet til jevnt fordelte lysstyrketrinn over hele det dynamiske området til skjermen. Derav behovet for å bruke RAMDAC i datavideoapplikasjoner med en ganske dyp fargeoppløsning, slik at det er upraktisk å lage en hardkodet verdi i DAC for hvert utgangsnivå for hver kanal (for eksempel vil en Atari ST eller Sega Genesis trenger 24 av disse verdiene; et 24-biters skjermkort trenger 768).
Gitt denne iboende forvrengningen, er det ikke uvanlig at en TV- eller videoprojektor oppgis sannferdig å ha et lineært kontrastforhold (forskjellen mellom de mørkeste og lyseste utgangsnivåene) på 1000:1 eller mer. Dette tilsvarer 10 bits lydkvalitet, selv om den kun kan motta signaler med 8-bits troskap og bruke et LCD-panel som kun viser seks eller syv biter per kanal. DAC-anmeldelser publiseres på dette grunnlaget.
Videosignaler fra en digital kilde som en datamaskin må konverteres til analog form hvis de skal vises på en skjerm. Lignende siden 2007innganger ble brukt oftere enn digitale, men dette har endret seg ettersom flatskjermer med DVI- eller HDMI-tilkoblinger har blitt mer vanlig. Imidlertid er en video-DAC innebygd i enhver digital videospiller med samme utganger. En digital-til-analog lydomformer er vanligvis integrert med en slags minne (RAM) som inneholder omorganiseringstabeller for gammakorreksjon, kontrast og lysstyrke for å lage en armatur k alt RAMDAC.
Enheten som er eksternt koblet til DAC-en er et digit alt styrt potensiometer som brukes til å fange opp signalet.
Mekanisk design
For eksempel bruker IBM Selectric-skrivemaskinen allerede en ikke-manuell DAC for å drive ballen.
Digital-til-analog-omformerkretsen ser slik ut.
En-bit mekanisk stasjon tar to posisjoner: en når den er slått på, den andre når den er slått av. Bevegelsen til flere enkeltbits-aktuatorer kan kombineres og vektes av enheten uten å nøle for å oppnå mer nøyaktige trinn.
Det er IBM Selectric-skrivemaskinen som bruker et slikt system.
Hovedtyper digital-til-analog-omformere
- Pulsbreddemodulator hvor en stabil strøm eller spenning byttes inn i et lavpass analogt filter med en varighet bestemt av en digital inngangskode. Denne metoden brukes ofte til å kontrollere motorhastighet og dempe LED-lys.
- Digital til analog lydkonverter medoversampling eller interpolering av DAC-er, for eksempel de som bruker delta-sigma-modulasjon, bruker pulstetthetsvariasjonsmetoden. Hastigheter over 100 ksample per sekund (f.eks. 180 kHz) og 28-biters oppløsning er oppnåelig med en delta-sigma-enhet.
- Et binært vektet element som inneholder separate elektriske komponenter for hver DAC-bit koblet til summeringspunktet. Det er hun som kan legge sammen operasjonsforsterkeren. Strømstyrken til kilden er proporsjonal med vekten av biten som den tilsvarer. Dermed blir alle biter av koden som ikke er null lagt til vekten. Dette er fordi de har samme spenningskilde til rådighet. Dette er en av de raskeste konverteringsmetodene, men den er ikke perfekt. Siden det er et problem: lav fidelity på grunn av de store dataene som kreves for hver enkelt spenning eller strøm. Slike høypresisjonskomponenter er dyre, så denne typen modell er vanligvis begrenset til 8-bits oppløsning eller enda mindre. Den svitsjede motstanden har som formål digital-til-analog-omformere i parallelle nettverkskilder. Individuelle instanser kobles til strøm basert på en digital inngang. Prinsippet for drift av denne typen digital-til-analog-omformer ligger i den svitsjede strømkilden til DAC, hvorfra forskjellige taster velges basert på en numerisk inngang. Den inkluderer en synkron kondensatorlinje. Disse enkeltelementene kobles til eller fra ved hjelp av en spesiell mekanisme (fot) som er plassert nær alle plugger.
- Digital-til-analog trappeomformeretype, som er et binært vektet element. Den bruker på sin side en repeterende struktur av de kaskadede motstandsverdiene R og 2R. Dette forbedrer nøyaktigheten på grunn av den relative enkle fremstillingen av den samme klassifiserte mekanismen (eller gjeldende kilder).
- Sekvensiell fremføring eller syklisk DAC som bygger utgangen én etter én under hvert trinn. Individuelle biter av en digital inngang behandles av alle koblinger til hele objektet er tatt med.
- Termometer er en kodet DAC som inneholder en lik motstand eller strømkildesegment for hver mulig verdi av DAC-utgangen. En 8-bits termometer DAC vil ha 255 elementer, og en 16-bit termometer DAC vil ha 65 535 deler. Dette er kanskje den raskeste og mest nøyaktige DAC-arkitekturen, men på bekostning av høye kostnader. Med denne typen DAC har konverteringsfrekvenser på over én milliard prøver per sekund blitt oppnådd.
- Hybride DAC-er som bruker en kombinasjon av metodene ovenfor i en enkelt omformer. De fleste DAC-IC-er er av denne typen på grunn av vanskeligheten med å få lavpris, høy hastighet og nøyaktighet i én enhet.
- Segmentert DAC som kombinerer prinsippet med termometerkoding for høyere sifre og binær vekting for lavere komponenter. På denne måten oppnås et kompromiss mellom nøyaktighet (ved bruk av termometerkodingsprinsippet) og antall motstander eller strømkilder (ved bruk av binær vekting). Dyp enhet med dobbelhandling betyr at segmenteringen er 0 %, og design med full termometrisk koding har 100 %.
De fleste DACS på denne listen er avhengige av en konstant spenningsreferanse for å lage utgangsverdien. Alternativt aksepterer den multipliserende DAC-en AC-inngangsspenning for å konvertere dem. Dette pålegger ytterligere designbegrensninger på båndbredden til omorganiseringsordningen. Nå er det klart hvorfor digital-til-analog-omformere av ulike typer trengs.
Ytelse
DAC-er er svært viktige for systemytelsen. De viktigste egenskapene til disse enhetene er oppløsningen som er laget for bruk av en digital-til-analog-omformer.
Antallet mulige utgangsnivåer en DAC er designet for å spille, angis vanligvis som antall biter den bruker, som er basis to-logaritmen for antall nivåer. For eksempel er en 1-bits DAC designet for å spille to kretser, mens en 8-bits DAC er designet for å spille 256 kretser. Polstringen er relatert til det effektive antallet biter, som er et mål på den faktiske oppløsningen oppnådd av DAC. Oppløsningen bestemmer fargedybden i videoapplikasjoner og lydbithastigheten i lydenheter.
Maksimal frekvens
Måling av den raskeste hastigheten en DAC-krets kan operere med og fortsatt produsere riktig utgang bestemmer forholdet mellom den og båndbredden til det samplede signalet. Som nevnt ovenfor, teoremetNyquist-Shannon-eksempler relaterer kontinuerlige og diskrete signaler og hevder at ethvert signal kan rekonstrueres med hvilken som helst nøyaktighet fra dets diskrete poster.
Monotonicity
Dette konseptet refererer til evnen til DAC-ens analoge utgang til å bevege seg bare i retningen som den digitale inngangen beveger seg. Denne egenskapen er svært viktig for DAC-er som brukes som en lavfrekvent signalkilde.
Total harmonisk forvrengning og støy (THD + N)
Måling av forvrengning og fremmede lyder introdusert av DAC-en i signalet, uttrykt som en prosentandel av den totale mengden uønsket harmonisk forvrengning og støy som følger med det ønskede signalet. Dette er en svært viktig funksjon for dynamiske DAC-applikasjoner med lav utgang.
Range
Et mål på forskjellen mellom de største og minste signalene en DAC kan gjengi, uttrykt i desibel, er vanligvis relatert til oppløsning og støynivå.
Andre målinger som faseforvrengning og jitter kan også være svært viktig for enkelte applikasjoner. Det er de (f.eks. trådløs dataoverføring, komposittvideo) som til og med kan stole på nøyaktig mottak av fasejusterte signaler.
Lineær PCM-lydsampling fungerer vanligvis med en oppløsning på hver bit som tilsvarer seks desibel amplitude (dobling av volumet eller nøyaktigheten).
Ikke-lineære PCM-kodinger (A-law / Μ-law, ADPCM, NICAM) prøver å forbedre sine effektive dynamiske områder på forskjellige måter -logaritmiske trinnstørrelser mellom utgangslydnivåene representert av hver databit.
Klassifisering av digital-til-analog-omformere
Klassifisering etter ikke-linearitet deler dem inn i:
- Distinctive ikke-linearitet, som viser hvordan to nabokodeverdier avviker fra det perfekte 1 LSB-trinn.
- Kumulativ ikke-linearitet indikerer hvor langt DAC-overføringen avviker fra det ideelle.
Så den ideelle funksjonen er vanligvis en rett linje. INL viser hvor mye den faktiske spenningen ved en gitt kodeverdi avviker fra denne linjen i de minst signifikante bitene.
Boost
Til syvende og sist begrenses støy av termisk brum generert av passive komponenter som motstander. For lydapplikasjoner og ved romtemperatur er dette vanligvis like under 1 µV (mikrovolt) hvitt signal. Dette begrenser ytelsen til mindre enn 20 biter selv i 24-bits DAC-er.
Ytelse i frekvensdomenet
Spurious-free dynamic range (SFDR) indikerer i dB forholdet mellom effektene til det konverterte hovedsignalet og det største uønskede oversvinget.
Noise Distortion Ratio (SNDR) indikerer i dB effektegenskapen til den konverterte hovedlyden til summen.
Total harmonisk forvrengning (THD) er summen av potensene til alle HDi.
Hvis den maksimale DNL-feilen er mindre enn 1 LSB, er digital-til-analog-omformeren garantertvil være uniform. Imidlertid kan mange monotone instrumenter ha en maksimal DNL større enn 1 LSB.
Tidsdomeneytelse:
- Glitch-impulssone (glitch-energi).
- Usikkerhet ved svaret.
- Ulinearitetstid (TNL).
DAC Basic Operations
En analog-til-digital-omformer tar et eksakt tall (oftest et binært tall med fast punkt) og konverterer det til en fysisk størrelse (som spenning eller trykk). DAC-er brukes ofte til å omorganisere tidsseriedata med begrenset presisjon til et fysisk signal i kontinuerlig endring.
Den ideelle D/A-omformeren tar abstrakte tall fra et tog av pulser, som deretter behandles ved hjelp av en form for interpolasjon for å fylle ut data mellom signalene. En konvensjonell digital-til-analog-omformer setter tallene inn i en stykkevis konstant funksjon som består av en sekvens av rektangulære verdier, som er modellert med null-ordens hold.
Omformeren gjenoppretter de originale signalene slik at båndbredden oppfyller visse krav. Digital sampling er ledsaget av kvantiseringsfeil som skaper lavnivåstøy. Det er han som legges til det gjenopprettede signalet. Minimumsamplituden til en analog lyd som kan få en digital lyd til å endre seg kalles den minste signifikante biten (LSB). Og feilen (avrundingen) som oppstår mellom de analoge og digitale signalene,kalles kvantiseringsfeil.
