Elektronikā DAC ķēde ir sava veida sistēma. Tā ir viņa, kas pārvērš digitālo signālu par analogo.
Ir vairākas DAC shēmas. Piemērotību konkrētam lietojumam nosaka kvalitātes rādītāji, tostarp izšķirtspēja, maksimālais izlases ātrums un citi.
Konvertēšana no digitālā uz analogo var pasliktināt signāla nosūtīšanu, tāpēc ir jāatrod instruments, kuram ir nelielas kļūdas lietojuma ziņā.
Lietojumprogrammas
DAC parasti izmanto mūzikas atskaņotājos, lai pārveidotu skaitliskās informācijas straumes analogos audio signālos. Tos izmanto arī televizoros un mobilajos tālruņos, lai pārveidotu video datus attiecīgi video signālos, kas ir savienoti ar ekrāna draiveriem, lai parādītu vienkrāsainus vai daudzkrāsainus attēlus.
Tieši šīs divas lietojumprogrammas izmanto DAC ķēdes pretējos kompromisa starp blīvumu un pikseļu skaitu galos. Audio ir zemas frekvences veids ar augstu izšķirtspēju, un video ir augstas frekvences variants ar zemu vai vidēju attēlu.
Sarežģītības un rūpīgi saskaņotu komponentu nepieciešamības dēļ visi DAC, izņemot visspecializētākos, tiek ieviesti kā integrētās shēmas (IC). Diskrētās saites parasti ir ārkārtīgi ātri, zemas izšķirtspējas, enerģijas taupīšanas veidi, ko izmanto militārajās radaru sistēmās. Ļoti liela ātruma pārbaudes iekārtas, īpaši paraugu ņemšanas osciloskopi, var izmantot arī diskrētos DAC.
Pārskats
Parastā nefiltrētā DAC daļēji nemainīgā izvade ir iebūvēta gandrīz jebkurā ierīcē, un dizaina sākotnējais attēls vai galīgais joslas platums izlīdzina toņa reakciju nepārtrauktā līknē.
Atbildot uz jautājumu: “Kas ir DAC?”, ir vērts atzīmēt, ka šis komponents pārvērš abstraktu ierobežotas precizitātes skaitli (parasti bināru fiksēta punkta ciparu) fiziskā vērtībā (piemēram, sprieguma vai spiediens). Jo īpaši D/A konvertēšana bieži tiek izmantota, lai mainītu laikrindu datus par nepārtraukti mainīgu fizisko signālu.
Ideālā DAC pārvērš abstraktus ciparus konceptuālā impulsu virknē, ko pēc tam apstrādā rekonstrukcijas filtrs, izmantojot kādu interpolācijas veidu, lai aizpildītu datus starp impulsiem. Parastapraktisks ciparu-analoga pārveidotājs maina skaitļus pa daļām konstantā funkcijā, kas sastāv no taisnstūra rakstu secības, kas tiek izveidotas, turot nulles secību. Arī atbildot uz jautājumu "Kas ir DAC?" ir vērts atzīmēt citas metodes (piemēram, pamatojoties uz delta-sigma modulāciju). Tie rada impulsa blīvuma modulētu izvadi, ko var līdzīgi filtrēt, lai radītu vienmērīgi mainīgu signālu.
Saskaņā ar Nyquist-Shannon paraugu ņemšanas teorēmu, DAC var rekonstruēt sākotnējo vibrāciju no parauga datiem, ja tā iespiešanās zona atbilst noteiktām prasībām (piemēram, bāzes joslas impulss ar zemāku līnijas blīvumu). Digitālais paraugs atspoguļo kvantēšanas kļūdu, kas rekonstruētajā signālā parādās kā zema līmeņa troksnis.
8 bitu rīka vienkāršota funkciju diagramma
Tūlīt ir vērts atzīmēt, ka vispopulārākais modelis ir Real Cable NANO-DAC digitālais-analogais pārveidotājs. DAC ir daļa no progresīvas tehnoloģijas, kas ir devusi nozīmīgu ieguldījumu digitālajā revolūcijā. Lai ilustrētu, apsveriet parastos tālsatiksmes tālruņa zvanus.
Zvanītāja balss tiek pārveidota analogā elektriskajā signālā, izmantojot mikrofonu, un pēc tam šis impulss tiek pārveidots par digitālo straumi kopā ar DAC. Pēc tam pēdējais tiek sadalīts tīkla paketēs, kur to var nosūtīt kopā ar citiem digitālajiem datiem. Un tas var nebūt audio.
Tad pakastiek pieņemti galamērķī, taču katrs no tiem var doties pa pavisam citu maršrutu un galamērķi pat nesasniegt pareizā secībā un laikā. Pēc tam digitālie balss dati tiek iegūti no paketēm un apkopoti kopējā datu plūsmā. DAC pārvērš to atpakaļ analogā elektriskajā signālā, kas darbina audio pastiprinātāju (piemēram, Real Cable NANO-DAC digitālo-analogo pārveidotāju). Un viņš, savukārt, aktivizē skaļruni, kas beidzot rada nepieciešamo skaņu.
Audio
Lielākā daļa mūsdienu akustisko signālu tiek saglabāti digitāli (piemēram, MP3 un CD). Lai tos dzirdētu caur skaļruņiem, tie ir jāpārvērš līdzīgā impulsā. Tātad jūs varat atrast ciparu-analogu pārveidotāju televizoram, CD atskaņotājam, digitālajām mūzikas sistēmām un datora skaņas kartēm.
Īpašus atsevišķus DAC var atrast arī augstas kvalitātes Hi-Fi sistēmās. Parasti tie izmanto saderīga CD atskaņotāja vai īpaša transportlīdzekļa digitālo izvadi un pārveido signālu līnijas līmeņa analogajā izvadē, ko pēc tam var ievadīt pastiprinātājā, lai vadītu skaļruņus.
Līdzīgus D/A pārveidotājus var atrast digitālajās kolonnās, piemēram, USB skaļruņos un skaņas kartēs.
Lietojumprogrammās Voice over IP avots vispirms ir jādigitalizē pārraidei, lai tas tiktu pārveidots, izmantojot ADC, un pēc tam pārveidots par analogo, izmantojot DAC.saņēmēja puse. Piemēram, šī metode tiek izmantota dažiem ciparu-analogiem pārveidotājiem (TV).
Attēls
Paraugu ņemšanai ir tendence darboties pavisam citā mērogā, pateicoties ļoti nelineārajai reakcijai gan katodstaru lampām (kam ir paredzēta lielākā daļa digitālo video ražošanas), gan cilvēka acs, izmantojot gamma līkne, lai nodrošinātu vienmērīgi sadalītu spilgtuma pakāpienu izskatu visā displeja dinamiskajā diapazonā. Tāpēc ir nepieciešams izmantot RAMDAC datora video lietojumprogrammās ar diezgan dziļu krāsu izšķirtspēju, tāpēc nav praktiski izveidot cieti kodētu vērtību DAC katram katra kanāla izvades līmenim (piemēram, Atari ST vai Sega Genesis nepieciešamas 24 no šīm vērtībām; 24 bitu videokartei būtu vajadzīgas 768.
Ņemot vērā šo raksturīgo kropļojumu, nav nekas neparasts, ka televizoram vai videoprojektoram ir patiesi norādīts, ka lineārā kontrasta attiecība (starpība starp tumšāko un spilgtāko izvades līmeni) ir 1000:1 vai vairāk. Tas ir līdzvērtīgs 10 bitu skaņas precizitātei, pat ja tas var uztvert signālus tikai ar 8 bitu precizitāti un izmantot LCD paneli, kas katrā kanālā parāda tikai sešus vai septiņus bitus. Pamatojoties uz to, tiek publicēti DAC pārskati.
Video signāli no digitālā avota, piemēram, datora, ir jāpārveido analogā formā, lai tos parādītu monitorā. Līdzīgi kopš 2007ieejas tika izmantotas biežāk nekā digitālās, taču tas ir mainījies, jo plakanie displeji ar DVI vai HDMI savienojumiem ir kļuvuši izplatītāki. Tomēr video DAC ir iebūvēts jebkurā digitālajā video atskaņotājā ar vienādām izejām. Digitālā-analogā audio pārveidotājs parasti ir integrēts ar sava veida atmiņu (RAM), kurā ir reorganizācijas tabulas gamma korekcijai, kontrastam un spilgtumam, lai izveidotu armatūru ar nosaukumu RAMDAC.
Ierīce, kas ir attāli savienota ar DAC, ir digitāli vadāms potenciometrs, ko izmanto signāla uztveršanai.
Mehāniskais dizains
Piemēram, IBM Selectric rakstāmmašīna jau izmanto ne-manuālu DAC, lai vadītu bumbu.
Digitālā-analogā pārveidotāja shēma izskatās šādi.
Viena bita mehāniskajam diskam ir divas pozīcijas: vienu, kad tas ir ieslēgts, otru, kad tas ir izslēgts. Ierīce bez vilcināšanās var kombinēt un nosvērt vairāku viena bita izpildmehānismu kustību, lai iegūtu precīzākas darbības.
Tā ir IBM Selectric rakstāmmašīna, kas izmanto šādu sistēmu.
Galvenie cipar-analogo pārveidotāju veidi
- Impulsa platuma modulators, kurā stabila strāva vai spriegums tiek pārslēgts zemas caurlaidības analogajā filtrā ar ilgumu, ko nosaka digitālais ievades kods. Šo metodi bieži izmanto, lai kontrolētu motora ātrumu un aptumšotu LED gaismas.
- Ciparu analogais audio pārveidotājs arpārtveršanas vai interpolācijas DAC, piemēram, tie, kas izmanto delta-sigma modulāciju, izmanto impulsa blīvuma variācijas metodi. Ar delta-sigma ierīci var sasniegt ātrumu virs 100 ksample sekundē (piemēram, 180 kHz) un 28 bitu izšķirtspēju.
- Binārs svērtais elements, kas satur atsevišķus elektriskos komponentus katram DAC bitam, kas savienots ar summēšanas punktu. Tieši viņa var saskaitīt operacionālo pastiprinātāju. Avota strāvas stiprums ir proporcionāls bita svaram, kuram tas atbilst. Tādējādi svaram tiek pievienoti visi koda biti, kas nav nulles. Tas ir tāpēc, ka to rīcībā ir viens un tas pats sprieguma avots. Šī ir viena no ātrākajām konvertēšanas metodēm, taču tā nav ideāla. Tā kā pastāv problēma: zema precizitāte, jo katram atsevišķam spriegumam vai strāvai ir nepieciešami lieli dati. Šādas augstas precizitātes sastāvdaļas ir dārgas, tāpēc šāda veida modeļi parasti ir ierobežoti līdz 8 bitu izšķirtspējai vai pat mazākam. Komutētais rezistors ir paredzēts ciparu-analoga pārveidotājiem paralēlos tīkla avotos. Atsevišķi gadījumi ir savienoti ar elektrību, pamatojoties uz digitālo ievadi. Šāda veida digitālā-analogā pārveidotāja darbības princips slēpjas DAC pārslēgtajā strāvas avotā, no kura tiek atlasīti dažādi taustiņi, pamatojoties uz ciparu ievadi. Tas ietver sinhronā kondensatora līniju. Šie atsevišķie elementi tiek savienoti vai atvienoti, izmantojot īpašu mehānismu (pēdu), kas atrodas netālu no visiem spraudņiem.
- Digitālā-analogā kāpņu pārveidotājitips, kas ir bināri svērtais elements. Tas, savukārt, izmanto atkārtotu kaskādes rezistoru vērtību R un 2R struktūru. Tas uzlabo precizitāti, jo tāda paša nominālā mehānisma (vai strāvas avotu) izgatavošana ir relatīvi vienkārša.
- Secīga virzība vai ciklisks DAC, kas katrā darbībā veido izvadi pa vienam. Atsevišķus digitālās ievades bitus apstrādā visi savienotāji, līdz tiek ņemts vērā viss objekts.
- Termometrs ir kodēts DAC, kas satur vienādu rezistoru vai strāvas avota segmentu katrai iespējamai DAC izejas vērtībai. 8 bitu termometram DAC būs 255 elementi, bet 16 bitu termometram DAC būs 65 535 daļas. Šī, iespējams, ir ātrākā un precīzākā DAC arhitektūra, taču uz augsto izmaksu rēķina. Izmantojot šāda veida DAC, ir sasniegts reklāmguvumu līmenis, kas pārsniedz vienu miljardu paraugu sekundē.
- Hibrīda DAC, kas izmanto iepriekš minēto metožu kombināciju vienā pārveidotājā. Lielākā daļa DAC IC ir šāda veida, jo ir grūti iegūt zemas izmaksas, lielu ātrumu un precizitāti vienā ierīcē.
- Segmentēts DAC, kas apvieno termometra kodēšanas principu augstākiem cipariem un bināro svērumu zemākiem komponentiem. Tādā veidā tiek panākts kompromiss starp precizitāti (izmantojot termometra kodēšanas principu) un rezistoru vai strāvas avotu skaitu (izmantojot bināro svērumu). Dziļa ierīce ar dubultudarbība nozīmē, ka segmentācija ir 0%, un dizains ar pilnu termometrisko kodējumu ir 100%.
Lielākā daļa šajā sarakstā iekļauto DACS paļaujas uz nemainīgu sprieguma atsauci, lai izveidotu izejas vērtību. Alternatīvi, reizināšanas DAC pieņem maiņstrāvas ieejas spriegumu, lai tos pārveidotu. Tas uzliek papildu dizaina ierobežojumus reorganizācijas shēmas joslas platumam. Tagad ir skaidrs, kāpēc ir nepieciešami dažāda veida pārveidotāji no digitālās-analogās.
Izpilde
DAC ir ļoti svarīgi sistēmas veiktspējai. Šo ierīču nozīmīgākās īpašības ir izšķirtspēja, kas ir izveidota digitālā-analogā pārveidotāja lietošanai.
Iespējamo izvades līmeņu skaits, kuriem DAC ir paredzēts atskaņošanai, parasti tiek norādīts kā tā izmantoto bitu skaits, kas ir līmeņu skaita divu bāzes logaritms. Piemēram, 1 bitu DAC ir paredzēts divu ķēžu atskaņošanai, savukārt 8 bitu DAC ir paredzēts 256 ķēžu atskaņošanai. Polsterējums ir saistīts ar efektīvo bitu skaitu, kas ir faktiskās DAC sasniegtās izšķirtspējas mērs. Izšķirtspēja nosaka krāsu dziļumu video lietojumprogrammās un audio bitu pārraides ātrumu audio ierīcēs.
Maksimālā biežums
Izmērot ātrāko ātrumu, kādā DAC ķēde var darboties un joprojām radīt pareizu izvadi, nosaka attiecības starp to un atlasītā signāla joslas platumu. Kā minēts iepriekš, teorēmaNyquist-Shannon paraugi attiecas uz nepārtrauktiem un diskrētiem signāliem un apgalvo, ka jebkuru signālu var rekonstruēt ar jebkādu precizitāti no tā diskrētajiem ierakstiem.
Monotoniskums
Šis jēdziens attiecas uz DAC analogās izejas spēju pārvietoties tikai tajā virzienā, kurā pārvietojas digitālā ieeja. Šis raksturlielums ir ļoti svarīgs DAC, ko izmanto kā zemas frekvences signāla avotu.
Kopējie harmoniskie kropļojumi un troksnis (THD + N)
Kropļojumu un svešu skaņu mērīšana, ko DAC ievada signālā, izteikta procentos no kopējā nevēlamo harmonisko kropļojumu un trokšņu daudzuma, kas pavada vēlamo signālu. Šī ir ļoti svarīga funkcija dinamiskām un zemas jaudas DAC lietojumprogrammām.
Diapazons
Dibelos izteikta atšķirība starp lielāko un mazāko signālu, ko var reproducēt DAC, parasti ir saistīts ar izšķirtspēju un trokšņa līmeni.
Citi mērījumi, piemēram, fāzes kropļojumi un nervozitāte, arī var būt ļoti svarīgi dažiem lietojumiem. Ir tādi (piem., bezvadu datu pārraide, salikts video), kas var paļauties pat uz fāzei pielāgotu signālu precīzu saņemšanu.
Lineārā PCM audio iztveršana parasti darbojas ar katra bita izšķirtspēju, kas ir līdzvērtīga sešiem decibeliem amplitūdas (dubultojot skaļumu vai precizitāti).
Nelineārie PCM kodējumi (A-likums / Μ-likums, ADPCM, NICAM) dažādos veidos cenšas uzlabot savus efektīvos dinamiskos diapazonus -logaritmiskie soļu lielumi starp izvades audio līmeņiem, ko attēlo katrs datu bits.
Ciparu-analogo pārveidotāju klasifikācija
Klasifikācija pēc nelinearitātes tos iedala:
- Atšķirīga nelinearitāte, kas parāda, kā divas blakus esošās koda vērtības atšķiras no perfekta 1 LSB soļa.
- Kumulatīvā nelinearitāte norāda, cik tālu DAC pārraide atšķiras no ideālā.
Tātad ideālā iezīme parasti ir taisna līnija. INL parāda, cik ļoti faktiskais spriegums noteiktā koda vērtībā atšķiras no šīs līnijas vismazāk nozīmīgajos bitos.
Boost
Galu galā troksni ierobežo termiskā dūkoņa, ko rada pasīvie komponenti, piemēram, rezistori. Audio lietojumiem un istabas temperatūrā tas parasti ir nedaudz zem 1 µV (mikrovoltu) b altā signāla. Tas ierobežo veiktspēju līdz 20 bitiem pat 24 bitu DAC.
Veiktspēja frekvenču domēnā
Dinamisks diapazons bez viltus (SFDR) dB norāda pārveidotā galvenā signāla jaudu attiecību pret lielāko nevēlamo pārsniegumu.
Noise Distortion Ratio (SNDR) norāda dB konvertētās galvenās skaņas jaudas īpašību tās summā.
Kopējais harmoniskais kropļojums (THD) ir visu HDi jaudu summa.
Ja maksimālā DNL kļūda ir mazāka par 1 LSB, ciparu-analogais pārveidotājs ir garantētsbūs vienveidīgs. Tomēr daudziem monotoniskiem instrumentiem maksimālais DNL var būt lielāks par 1 LSB.
Laika domēna veiktspēja:
- Kļūdu impulsu zona (traucējuma enerģija).
- Atbildes neskaidrība.
- Nelinearitātes laiks (TNL).
DAC pamatdarbības
Analogo-ciparu pārveidotājs ņem precīzu skaitli (visbiežāk fiksēta punkta bināro skaitli) un pārvērš to fiziskā daudzumā (piemēram, spriegumā vai spiedienā). DAC bieži izmanto, lai pārkārtotu ierobežotas precizitātes laikrindu datus par nepārtraukti mainīgu fizisko signālu.
Ideāls D/A pārveidotājs ņem abstraktus skaitļus no impulsu sērijas, kas pēc tam tiek apstrādāti, izmantojot interpolācijas veidu, lai aizpildītu datus starp signāliem. Parastais ciparu-analoga pārveidotājs ievieto skaitļus pa daļām nemainīgā funkcijā, kas sastāv no taisnstūra vērtību secības, kas tiek modelēta ar nulles kārtas noturēšanu.
Pārveidotājs atjauno sākotnējos signālus, lai tā joslas platums atbilstu noteiktām prasībām. Digitālo paraugu ņemšanu pavada kvantēšanas kļūdas, kas rada zema līmeņa troksni. Tas ir viņš, kurš tiek pievienots atjaunotajam signālam. Analogās skaņas minimālo amplitūdu, kas var izraisīt digitālās skaņas izmaiņas, sauc par vismazāko bitu (LSB). Un kļūda (noapaļošana), kas rodas starp analogajiem un digitālajiem signāliem,tiek saukta par kvantēšanas kļūdu.
