Az elektronikában a DAC áramkör egyfajta rendszer. Ő alakítja a digitális jelet analóggá.
Több DAC áramkör létezik. Egy adott alkalmazáshoz való alkalmasságot a minőségi mutatók határozzák meg, beleértve a felbontást, a maximális mintavételezési sebességet és egyebeket.
A digitális-analóg átalakítás ronthatja a jel küldését, ezért olyan műszert kell találni, amelynél kisebbek az alkalmazási hibák.
Alkalmazások
A DAC-okat általában zenelejátszókban használják a numerikus információfolyamok analóg audiojelekké alakítására. Televíziókban és mobiltelefonokban is használják a videoadatok videojelekké alakítására, amelyek a képernyő-illesztőprogramokhoz vannak csatlakoztatva monokromatikus vagy többszínű képek megjelenítéséhez.
Ez a két alkalmazás használja a DAC áramköröket a sűrűség és a pixelszám közötti kompromisszum ellentétes végén. A hang alacsony frekvenciájú, nagy felbontású, a videó pedig egy magas frekvenciájú változat alacsony és közepes képminőséggel.
A bonyolultság és a gondosan összehangolt komponensek szükségessége miatt a legkülönlegesebb DAC-ok kivételével integrált áramkörökként (IC-k) vannak megvalósítva. A diszkrét linkek jellemzően rendkívül gyors, kis felbontású, energiatakarékos típusok, amelyeket katonai radarrendszerekben használnak. A nagyon nagy sebességű tesztberendezések, különösen a mintavevő oszcilloszkópok, diszkrét DAC-okat is használhatnak.
Áttekintés
A hagyományos szűretlen DAC félig állandó kimenete szinte minden eszközbe be van építve, és a tervezés kezdeti képe vagy végső sávszélessége folyamatos görbévé simítja a hangmagasság-választ.
A kérdésre válaszolva: „Mi az a DAC?”, érdemes megjegyezni, hogy ez a komponens véges pontosságú absztrakt számot (általában bináris fixpontos számjegyet) alakít át fizikai értékké (például feszültség vagy nyomás). Különösen a D/A konverziót gyakran használják az idősorok adatainak folyamatosan változó fizikai jellé alakítására.
Az ideális DAC az absztrakt számjegyeket impulzusok fogalmi sorozatává alakítja, amelyeket ezután egy rekonstrukciós szűrő dolgoz fel, valamilyen interpoláció segítségével az impulzusok közötti adatok kitöltésére. Rendesegy praktikus digitális-analóg konverter a számokat darabonként állandó függvényté változtatja, amely téglalap alakú minták sorozatából áll, amelyek nulladik sorrendben jönnek létre. Valamint a következő kérdésre válaszolva: "Mi az a DAC?" érdemes megjegyezni más módszereket is (például delta-szigma moduláción alapuló). Impulzussűrűség-modulált kimenetet hoznak létre, amely hasonlóan szűrhető, hogy egyenletesen változó jelet állítson elő.
A Nyquist-Shannon mintavételezési tétele szerint a DAC képes rekonstruálni az eredeti rezgést a mintavételezett adatokból, feltéve, hogy penetrációs zónája megfelel bizonyos követelményeknek (például kisebb vonalsűrűségű alapsávi impulzus). A digitális minta a kvantálási hibát jelenti, amely alacsony szintű zajként jelenik meg a rekonstruált jelben.
Egy 8 bites eszköz egyszerűsített függvénydiagramja
Érdemes rögtön megjegyezni, hogy a legnépszerűbb modell a Real Cable NANO-DAC digitális-analóg konverter. A DAC egy olyan fejlett technológia része, amely jelentősen hozzájárult a digitális forradalomhoz. Szemléltetésképpen vegye figyelembe a tipikus távolsági telefonhívásokat.
A hívó fél hangját egy mikrofon segítségével analóg elektromos jellé alakítják, majd ezt az impulzust digitális adatfolyammá alakítják a DAC-val együtt. Ezt követően az utóbbi hálózati csomagokra oszlik, ahová más digitális adatokkal együtt továbbítható. És lehet, hogy nem feltétlenül hang.
Akkor csomagokelfogadják a célállomáson, de előfordulhat, hogy mindegyik teljesen más útvonalon halad, és még csak nem is a megfelelő sorrendben és időben éri el a célt. A digitális hangadatokat ezután kivonják a csomagokból, és összeállítják egy közös adatfolyamba. A DAC ezt analóg elektromos jellé alakítja vissza, amely egy audioerősítőt (például a Real Cable NANO-DAC digitális-analóg átalakítót) hajt meg. Ő pedig aktiválja a hangszórót, ami végre kiadja a szükséges hangot.
Hang
A legtöbb modern akusztikus jelet digitálisan tárolják (pl. MP3 és CD). Ahhoz, hogy a hangszórókon keresztül hallható legyen, azokat hasonló impulzussá kell alakítani. Így találhat digitális-analóg átalakítót TV-hez, CD-lejátszóhoz, digitális zenei rendszerekhez és számítógépes hangkártyákhoz.
Dedikált önálló DAC-ok a kiváló minőségű Hi-Fi rendszerekben is megtalálhatók. Általában egy kompatibilis CD-lejátszó vagy egy dedikált jármű digitális kimenetét veszik át, és a jelet vonalszintű analóg kimenetté alakítják, amelyet aztán egy erősítőbe lehet táplálni a hangszórók meghajtásához.
Hasonló D/A konverterek találhatók a digitális oszlopokban, például USB-hangszórókban és hangkártyákban.
A Voice over IP alkalmazásokban a forrást először digitalizálni kell az átvitelhez, tehát egy ADC-n keresztül konvertálják, majd a DAC segítségével analóggá alakítják.a fogadó fél. Például ezt a módszert használják egyes digitális-analóg konvertereknél (TV).
Kép
A mintavételezés általában teljesen más léptékben működik, mind a katódsugárcsövek (amelyre a digitális videógyártás túlnyomó többsége) és az emberi szem erősen nemlineáris reakciója miatt. gamma-görbe, amely egyenletesen elosztott fényerő-lépéseket biztosít a kijelző teljes dinamikatartományában. Ezért szükséges a RAMDAC használata a meglehetősen mély színfelbontású számítógépes videoalkalmazásokban, így nem célszerű keményen kódolt értéket létrehozni a DAC-ban minden egyes csatorna kimeneti szintjéhez (például egy Atari ST vagy Sega Genesis 24-re van szüksége ezekből az értékekből; egy 24 bites videokártyához 768.
Tekintettel erre a benne rejlő torzításra, nem ritka, hogy egy TV-ről vagy videoprojektorról őszintén állítják, hogy lineáris kontrasztaránya (a legsötétebb és legfényesebb kimeneti szint közötti különbség) 1000:1 vagy több. Ez 10 bites hanghűségnek felel meg, még akkor is, ha csak 8 bites hanghűségű jeleket tud fogadni, és olyan LCD panelt használ, amely csatornánként csak hat vagy hét bitet jelenít meg. A DAC-értékelések ennek alapján kerülnek közzétételre.
A digitális forrásból, például számítógépből származó videojeleket analóg formátumba kell alakítani, ha monitoron akarják megjeleníteni. 2007 óta hasonlóA bemeneteket gyakrabban használták, mint a digitálisakat, de ez megváltozott, ahogy a DVI- vagy HDMI-csatlakozású lapos képernyők egyre gyakoribbá váltak. A video-DAC azonban minden azonos kimenettel rendelkező digitális videólejátszóba be van építve. A digitális-analóg hangkonverter általában valamilyen memóriával (RAM) van integrálva, amely átszervezési táblázatokat tartalmaz a gamma-korrekcióhoz, a kontraszthoz és a fényerőhöz a RAMDAC nevű fixture létrehozásához.
A DAC-hoz távolról csatlakoztatott eszköz egy digitálisan vezérelt potenciométer, amely a jel felvételére szolgál.
Gépészeti tervezés
Például az IBM Selectric írógép már nem kézi DAC-t használ a labda hajtásához.
A digitális-analóg átalakító áramköre így néz ki.
Az egybites mechanikus meghajtó két pozíciót foglal el: az egyiket bekapcsolt állapotban, a másikat kikapcsolt állapotban. Több egybites működtetőelem mozgását az eszköz habozás nélkül kombinálhatja és súlyozhatja a pontosabb lépések elérése érdekében.
Az IBM Selectric írógép használ ilyen rendszert.
A digitális-analóg konverterek fő típusai
- Impulzusszélesség-modulátor, ahol egy stabil áramot vagy feszültséget egy digitális bemeneti kód által meghatározott időtartamú aluláteresztő analóg szűrőbe kapcsolnak. Ezt a módszert gyakran használják a motor fordulatszámának szabályozására és a LED-lámpák tompítására.
- Digitális-analóg audio konvertera túlmintavételező vagy interpoláló DAC-ok, például a delta-szigma modulációt használók, az impulzussűrűség variációs módszert használják. 100 ksample/másodperc feletti sebesség (pl. 180 kHz) és 28 bites felbontás érhető el delta-sigma eszközzel.
- Egy binárisan súlyozott elem, amely külön elektromos alkatrészeket tartalmaz minden egyes, az összegzési ponthoz csatlakoztatott DAC bithez. Ő tudja összeadni a műveleti erősítőt. A forrás áramerőssége arányos a hozzá tartozó bit súlyával. Így a kód összes nem nulla bitje hozzáadódik a súlyhoz. Ez azért van, mert ugyanaz a feszültségforrás áll rendelkezésükre. Ez az egyik leggyorsabb átalakítási módszer, de nem tökéletes. Mivel van egy probléma: alacsony a pontosság az egyes feszültségekhez vagy áramokhoz szükséges nagy adatmennyiség miatt. Az ilyen nagy pontosságú alkatrészek drágák, ezért az ilyen típusú modellek általában 8 bites felbontásra vagy még annál is kisebbre korlátozódnak. A kapcsolt ellenállás célja digitális-analóg átalakító párhuzamos hálózati forrásokban. Az egyes példányok digitális bemeneten keresztül kapcsolódnak az elektromos hálózathoz. Az ilyen típusú digitális-analóg átalakítók működési elve a DAC kapcsolt áramforrásában rejlik, amelyből egy numerikus bemenet alapján különböző gombokat választanak ki. Tartalmaz egy szinkron kondenzátor vonalat. Ezeket az egyes elemeket egy speciális mechanizmus (láb) segítségével lehet csatlakoztatni vagy leválasztani, amely az összes csatlakozó közelében található.
- Digitális-analóg lépcsős átalakítóktípus, ami egy binárisan súlyozott elem. Ez viszont az R és 2R kaszkádos ellenállásértékek ismétlődő struktúráját használja. Ez javítja a pontosságot az azonos névleges szerkezet (vagy áramforrás) viszonylag egyszerű gyártásának köszönhetően.
- Szekvenciális előrehaladás vagy ciklikus DAC, amely minden lépés során egyesével építi fel a kimenetet. A digitális bemenet egyes bitjeit az összes csatlakozó feldolgozza, amíg a teljes objektumot figyelembe nem veszi.
- A hőmérő egy kódolt DAC, amely egyenlő ellenállást vagy áramforrás szegmenst tartalmaz a DAC kimenet minden lehetséges értékéhez. Egy 8 bites hőmérő DAC 255, egy 16 bites hőmérő DAC 65 535 alkatrészből áll majd. Talán ez a leggyorsabb és legpontosabb DAC architektúra, de a magas költségek rovására. Ezzel a típusú DAC-val másodpercenként több mint egymilliárd minta konverziós aránya érhető el.
- Hibrid DAC-ok, amelyek a fenti módszerek kombinációját használják egyetlen konverterben. A legtöbb DAC IC ilyen típusú az alacsony költség, a nagy sebesség és a pontosság egyetlen eszközben való beszerzésének nehézségei miatt.
- Szegmentált DAC, amely egyesíti a hőmérő kódolás elvét a magasabb számjegyekhez és a bináris súlyozást az alacsonyabb alkatrészekhez. Ily módon kompromisszum jön létre a pontosság (a hőmérő kódolási elve alapján) és az ellenállások vagy áramforrások száma között (bináris súlyozással). Mély készülék duplávala művelet azt jelenti, hogy a szegmentálás 0%, a teljes hőmérős kódolású tervezés pedig 100%.
A listán szereplő DACS-ek többsége állandó feszültségreferenciára támaszkodik a kimeneti érték létrehozásához. Alternatív megoldásként a szorzó DAC AC bemeneti feszültséget fogad el ezek átalakításához. Ez további tervezési korlátokat ró az átszervezési séma sávszélességére. Most már világos, miért van szükség különféle típusú digitális-analóg konverterekre.
Teljesítmény
A DAC-k nagyon fontosak a rendszer teljesítménye szempontjából. Ezeknek az eszközöknek a legjelentősebb jellemzője a digitális-analóg konverter használatához létrehozott felbontás.
A DAC által lejátszható lehetséges kimeneti szintek számát általában az általa használt bitek számaként adják meg, ami a szintek számának két bázis logaritmusa. Például egy 1 bites DAC két áramkör, míg egy 8 bites DAC 256 áramkör lejátszására készült. A kitöltés a bitek tényleges számához kapcsolódik, amely a DAC által elért tényleges felbontás mértéke. A felbontás határozza meg a színmélységet a videoalkalmazásokban és a hang bitsebességét az audioeszközökben.
Maximális frekvencia
A DAC áramkör azon leggyorsabb sebességének mérése, amelyen a DAC áramkör működhet, és továbbra is a megfelelő kimenetet produkálja, meghatározza a kapcsolat és a mintavételezett jel sávszélessége között. Mint fentebb említettük, a tételA Nyquist-Shannon minták folyamatos és diszkrét jeleket kapcsolnak össze, és azt állítják, hogy bármilyen jel bármilyen pontossággal rekonstruálható a diszkrét rekordjaiból.
Monotonitás
Ez a fogalom a DAC analóg kimenetének azon képességére vonatkozik, hogy csak abba az irányba tudjon mozogni, ahogyan a digitális bemenet mozog. Ez a jellemző nagyon fontos az alacsony frekvenciájú jelforrásként használt DAC-k esetében.
Teljes harmonikus torzítás és zaj (THD + N)
A DAC által a jelbe bevitt torzítások és idegen hangok mérése, a kívánt jelet kísérő nem kívánt harmonikus torzítás és zaj teljes mennyiségének százalékában kifejezve. Ez egy nagyon fontos funkció a dinamikus és alacsony teljesítményű DAC-alkalmazásoknál.
Tartomány
A DAC által lejátszható legnagyobb és legkisebb jelek közötti különbség mértéke, decibelben kifejezve, általában a felbontáshoz és a zajszinthez kapcsolódik.
Más mérések, például a fázistorzítás és a jitter szintén nagyon fontosak lehetnek bizonyos alkalmazásoknál. Vannak olyanok (pl. vezeték nélküli adatátvitel, kompozit videó), amelyek akár a fázisbeállítású jelek pontos vételére is támaszkodhatnak.
A lineáris PCM hangmintavételezés általában hat decibel amplitúdónak megfelelő bitek felbontásán működik (a hangerő vagy a pontosság megkétszerezése).
A nemlineáris PCM-kódolások (A-törvény / Μ-törvény, ADPCM, NICAM) különféle módokon próbálják javítani hatékony dinamikatartományukat -logaritmikus lépésméretek az egyes adatbitek által képviselt kimeneti hangszintek között.
A digitális-analóg konverterek osztályozása
A nemlinearitás szerinti osztályozás a következőkre osztja őket:
- Megkülönböztető nemlinearitás, amely megmutatja, hogy két szomszédos kódérték hogyan tér el a tökéletes 1 LSB lépéstől.
- A kumulatív nemlinearitás azt jelzi, hogy a DAC átvitel milyen mértékben tér el az ideálistól.
Tehát az ideális jellemző általában egy egyenes. Az INL megmutatja, hogy a tényleges feszültség egy adott kódértéknél mennyivel tér el ettől a von altól a legkisebb jelentőségű bitekben.
Boost
A zajt végső soron a passzív alkatrészek, például az ellenállások által keltett hőzúgás korlátozza. Audioalkalmazások esetén és szobahőmérsékleten ez általában 1 µV (mikrovolt) fehér jel alatt van. Ez még a 24 bites DAC-k esetében is 20 bit alatti teljesítményre korlátozza.
Teljesítmény a frekvenciatartományban
A hamisításmentes dinamikatartomány (SFDR) dB-ben jelzi az átalakított főjel teljesítményének a legnagyobb nem kívánt túllépéshez viszonyított arányát.
Zajtorzítási arány (SNDR) dB-ben jelzi az átalakított főhang teljesítménytulajdonságát az összegére.
A teljes harmonikus torzítás (THD) az összes HDi teljesítményének összege.
Ha a maximális DNL hiba kisebb, mint 1 LSB, akkor a digitális-analóg konverter garantáltegységes lesz. Azonban sok monoton hangszer maximális DNL-je nagyobb lehet, mint 1 LSB.
Idődomain teljesítménye:
- Glitch impulzuszóna (glitch energia).
- A válasz bizonytalansága.
- Nemlinearitási idő (TNL).
DAC alapműveletek
Egy analóg-digitális átalakító pontos számot vesz fel (leggyakrabban fixpontos bináris számot), és azt fizikai mennyiséggé alakítja (például feszültség vagy nyomás). A DAC-okat gyakran használják a véges precíziós idősorok adatainak folyamatosan változó fizikai jellé való átszervezésére.
Az ideális D/A konverter absztrakt számokat vesz egy impulzussorozatból, amelyet azután interpoláció segítségével dolgoz fel a jelek közötti adatok kitöltésére. A hagyományos digitális-analóg konverter a számokat egy darabonként állandó függvénybe helyezi, amely téglalap alakú értékek sorozatából áll, és amelyet nulla sorrendű tartással modelleznek.
A konverter visszaállítja az eredeti jeleket, hogy a sávszélessége megfeleljen bizonyos követelményeknek. A digitális mintavételezést kvantálási hibák kísérik, amelyek alacsony szintű zajt hoznak létre. Ő az, aki hozzáadódik a visszaállított jelhez. Az analóg hang minimális amplitúdóját, amely a digitális hang megváltozását okozhatja, a legkevésbé jelentős bitnek (LSB) nevezzük. És az analóg és digitális jelek között fellépő hiba (kerekítés),kvantálási hibának nevezik.
