În electronică, circuitul DAC este un fel de sistem. Ea este cea care convertește semnalul digital în analog.
Există mai multe circuite DAC. Adecvarea pentru o anumită aplicație este determinată de valorile de calitate, inclusiv rezoluția, rata maximă de eșantionare și altele.
Conversia digital-analogic poate degrada transmiterea semnalului, de aceea este necesar să găsiți un instrument care are erori minore în ceea ce privește aplicarea.
Aplicații
DAC-urile sunt de obicei folosite în playerele muzicale pentru a converti fluxurile numerice de informații în semnale audio analogice. Ele sunt, de asemenea, utilizate în televizoare și telefoane mobile pentru a converti datele video în semnale video, care sunt conectate la driverele de ecran pentru a afișa imagini monocromatice sau multicolore.
Aceste două aplicații folosesc circuite DAC la capetele opuse ale compromisului dintre densitate și număr de pixeli. Audio este un tip de frecvență joasă, cu rezoluție în altă, iar videoclipul este o variantă de frecvență în altă, cu o imagine joasă spre medie.
Datorită complexității și nevoii de componente atent adaptate, toate DAC-urile, cu excepția celor mai specializate, sunt implementate ca circuite integrate (CI). Legăturile discrete sunt de obicei extrem de rapide, de rezoluție scăzută, care economisesc energie, care sunt utilizate în sistemele radar militare. Echipamentele de testare cu viteză foarte mare, în special osciloscoapele de eșantionare, pot folosi și DAC-uri discrete.
Prezentare generală
Ieșirea semi-constantă a unui DAC convențional nefiltrat este încorporată în aproape orice dispozitiv, iar imaginea inițială sau lățimea de bandă finală a designului netezește răspunsul înălțimii într-o curbă continuă.
Răspunzând la întrebarea: „Ce este un DAC?”, merită remarcat faptul că această componentă convertește un număr abstract de precizie finită (de obicei o cifră binară cu punct fix) într-o valoare fizică (de exemplu, tensiune sau presiune). În special, conversia D/A este adesea folosită pentru a schimba datele din seria temporală într-un semnal fizic în continuă schimbare.
DAC-ul ideal convertește cifrele abstracte într-un tren conceptual de impulsuri, care sunt apoi procesate de un filtru de reconstrucție, folosind o anumită formă de interpolare pentru a completa datele dintre impulsuri. Comunun convertor practic digital-analogic schimbă numerele într-o funcție constantă pe bucăți alcătuită dintr-o secvență de modele dreptunghiulare care sunt create ținând ordinea zero. De asemenea, răspunzând la întrebarea „Ce este un DAC?” este de remarcat și alte metode (de exemplu, bazate pe modulația delta-sigma). Acestea creează o ieșire modulată cu densitate de impuls care poate fi filtrată în mod similar pentru a produce un semnal care variază ușor.
Conform teoremei de eșantionare Nyquist-Shannon, DAC-ul poate reconstrui vibrația originală din datele eșantionate, cu condiția ca zona sa de penetrare să îndeplinească anumite cerințe (de exemplu, un impuls în bandă de bază cu o densitate de linie mai mică). Eșantionul digital reprezintă eroarea de cuantizare, care apare ca zgomot de nivel scăzut în semnalul reconstruit.
Diagrama funcțională simplificată a unui instrument pe 8 biți
De remarcat imediat că cel mai popular model este convertorul digital-analogic Real Cable NANO-DAC. DAC face parte dintr-o tehnologie avansată care a adus o contribuție semnificativă la revoluția digitală. Pentru a exemplifica, luați în considerare apelurile telefonice obișnuite pe distanțe lungi.
Vocea apelantului este convertită într-un semnal electric analogic folosind un microfon, iar apoi acest puls este transformat într-un flux digital împreună cu DAC. După aceea, acesta din urmă este împărțit în pachete de rețea, unde poate fi trimis împreună cu alte date digitale. Și poate să nu fie neapărat audio.
Apoi pachetesunt acceptate la destinație, dar fiecare dintre ei poate lua un traseu complet diferit și nici măcar să nu ajungă la destinație în ordinea corectă și la ora corectă. Datele vocale digitale sunt apoi extrase din pachete și asamblate într-un flux de date comun. DAC-ul îl convertește înapoi într-un semnal electric analogic care conduce un amplificator audio (cum ar fi convertorul digital-analogic Real Cable NANO-DAC). Și el, la rândul său, activează difuzorul, care în cele din urmă produce sunetul necesar.
Audio
Cele mai multe semnale acustice moderne sunt stocate digital (de exemplu, MP3 și CD). Pentru a fi auzite prin difuzoare, acestea trebuie convertite într-un impuls similar. Astfel, puteți găsi un convertor digital-analogic pentru TV, CD player, sisteme de muzică digitală și plăci de sunet pentru computer.
DAC-urile autonome dedicate pot fi găsite și în sistemele Hi-Fi de în altă calitate. De obicei, aceștia preiau ieșirea digitală a unui CD player compatibil sau a unui vehicul dedicat și convertesc semnalul într-o ieșire analogică la nivel de linie care poate fi apoi alimentată într-un amplificator pentru a conduce difuzoarele.
Convertoare D/A similare pot fi găsite în coloanele digitale, cum ar fi difuzoarele USB și plăcile de sunet.
În aplicațiile Voice over IP, sursa trebuie mai întâi digitizată pentru transmisie, astfel încât să fie convertită printr-un ADC și apoi convertită în analogic folosind un DAC pepartea care primește. De exemplu, această metodă este utilizată pentru unele convertoare digital-analogice (TV).
Imagine
Eșantionarea tinde să funcționeze la o scară complet diferită în ansamblu, datorită răspunsului extrem de neliniar al tuburilor cu raze catodice (care a fost destinată marea majoritate a producției video digitale) și al ochiului uman, folosind un curba gamma pentru a oferi aspectul unor trepte de luminozitate distribuite uniform pe întreaga gamă dinamică a afișajului. De aici și necesitatea de a utiliza RAMDAC în aplicații video computerizate cu o rezoluție de culoare destul de profundă, astfel încât să nu fie practic să se creeze o valoare codificată în DAC pentru fiecare nivel de ieșire al fiecărui canal (de exemplu, un Atari ST sau Sega Genesis ar nevoie de 24 dintre aceste valori; o placă video pe 24 de biți ar avea nevoie de 768).
Având în vedere această distorsiune inerentă, nu este neobișnuit ca un televizor sau un videoproiector să fie declarat cu adevărat că are un raport de contrast liniar (diferența dintre cel mai întunecat și cel mai luminos nivel de ieșire) de 1.000:1 sau mai mult. Acest lucru este echivalent cu 10 biți de fidelitate a sunetului, chiar dacă poate primi semnale doar cu fidelitate de 8 biți și utilizează un panou LCD care afișează doar șase sau șapte biți pe canal. Recenziile DAC sunt publicate pe această bază.
Semnalele video de la o sursă digitală, cum ar fi un computer, trebuie convertite în formă analogică dacă urmează să fie afișate pe un monitor. Similar din 2007intrările au fost folosite mai frecvent decât cele digitale, dar acest lucru s-a schimbat pe măsură ce afișajele cu ecran plat cu conexiuni DVI sau HDMI au devenit mai comune. Cu toate acestea, un DAC video este încorporat în orice player video digital cu aceleași ieșiri. Un convertor audio digital-analogic este de obicei integrat cu un fel de memorie (RAM) care conține tabele de reorganizare pentru corecția gama, contrastul și luminozitatea pentru a crea un dispozitiv numit RAMDAC.
Dispozitivul care este conectat de la distanță la DAC este un potențiometru controlat digital folosit pentru a prelua semnalul.
Design mecanic
De exemplu, mașina de scris IBM Selectric folosește deja un DAC non-manual pentru a conduce mingea.
Circuitul convertor digital-analogic arată astfel.
Unitatea mecanică cu un singur bit are două poziții: una când este pornită, ceal altă când este oprită. Mișcarea mai multor actuatoare cu un singur bit poate fi combinată și ponderată de dispozitiv fără ezitare pentru a obține pași mai precisi.
Este mașina de scris IBM Selectric care folosește un astfel de sistem.
Principale tipuri de convertoare digital-analogic
- Modulator de lățime a impulsului în care un curent sau o tensiune stabilă este comutat într-un filtru analog trece-jos cu o durată determinată de un cod de intrare digitală. Această metodă este adesea folosită pentru a controla viteza motorului și pentru a reduce luminile LED.
- Convertor audio digital în analog cusupraeșantionarea sau interpolarea DAC-urilor, cum ar fi cele care utilizează modulația delta-sigma, utilizează metoda variației densității impulsurilor. Vitezele de peste 100 ksample pe secundă (de exemplu, 180 kHz) și rezoluția de 28 de biți sunt realizabile cu un dispozitiv delta-sigma.
- Un element ponderat binar care conține componente electrice separate pentru fiecare bit DAC conectat la punctul de însumare. Ea este cea care poate adăuga amplificatorul operațional. Puterea curentă a sursei este proporțională cu greutatea bitului căruia îi corespunde. Astfel, toți biții non-zero ai codului sunt adăugați la greutate. Acest lucru se datorează faptului că au aceeași sursă de tensiune la dispoziție. Aceasta este una dintre cele mai rapide metode de conversie, dar nu este perfectă. Deoarece există o problemă: fidelitate scăzută din cauza datelor mari necesare pentru fiecare tensiune sau curent individual. Astfel de componente de în altă precizie sunt scumpe, așa că acest tip de model este de obicei limitat la rezoluția de 8 biți sau chiar mai puțin. Rezistorul comutat are scopul convertoarelor digital-analogice în surse de rețea paralele. Instanțele individuale sunt conectate la electricitate pe baza unei intrări digitale. Principiul de funcționare al acestui tip de convertor digital-analogic constă în sursa de curent comutată a DAC, din care sunt selectate diferite taste pe baza unei intrări numerice. Include o linie de condensator sincron. Aceste elemente unice sunt conectate sau deconectate folosind un mecanism special (picior) care se află lângă toate prizele.
- Convertoare de scară de la digital la analogtip, care este un element ponderat binar. La rândul său, folosește o structură repetată a valorilor rezistorului în cascadă R și 2R. Acest lucru îmbunătățește acuratețea datorită ușurinței relative de fabricare a aceluiași mecanism nominal (sau a surselor de curent).
- Avans secvenţial sau DAC ciclic care creează ieşirea una câte una în timpul fiecărui pas. Biți individuali ai unei intrări digitale sunt procesați de către toți conectorii până când întregul obiect este contabilizat.
- Termometrul este un DAC codificat care conține un rezistor egal sau un segment de sursă de curent pentru fiecare valoare posibilă a ieșirii DAC. Un termometru DAC de 8 biți va avea 255 de elemente, iar un termometru DAC de 16 biți va avea 65.535 de părți. Aceasta este poate cea mai rapidă și mai precisă arhitectură DAC, dar în detrimentul unui cost ridicat. Cu acest tip de DAC, au fost atinse rate de conversie de peste un miliard de mostre pe secundă.
- DAC hibride care folosesc o combinație a metodelor de mai sus într-un singur convertor. Majoritatea circuitelor integrate DAC sunt de acest tip din cauza dificultății de a obține costuri reduse, viteză mare și precizie într-un singur dispozitiv.
- DAC segmentat care combină principiul codificării termometrului pentru cifrele mai mari și ponderarea binară pentru componentele inferioare. În acest fel, se ajunge la un compromis între acuratețe (folosind principiul de codificare a termometrului) și numărul de rezistențe sau surse de curent (folosind ponderare binară). Dispozitiv adânc cu dubluacțiune înseamnă că segmentarea este 0%, iar designul cu codare termometrică completă are 100%.
Majoritatea DACS-urilor din această listă se bazează pe o referință de tensiune constantă pentru a-și crea valoarea de ieșire. Alternativ, DAC-ul de multiplicare acceptă tensiunea de intrare AC pentru a le converti. Acest lucru impune constrângeri suplimentare de proiectare asupra lățimii de bandă a schemei de reorganizare. Acum este clar de ce sunt necesare convertoare digital-analogic de diferite tipuri.
Performanță
DAC-urile sunt foarte importante pentru performanța sistemului. Cele mai semnificative caracteristici ale acestor dispozitive este rezoluția care este creată pentru utilizarea unui convertor digital-analogic.
Numărul de niveluri posibile de ieșire pe care un DAC este proiectat să le joace este de obicei exprimat ca număr de biți pe care îi folosește, care este logaritmul de bază doi al numărului de niveluri. De exemplu, un DAC pe 1 biți este proiectat pentru a reda două circuite, în timp ce un DAC pe 8 biți este conceput pentru a reda 256 de circuite. Umplutura este legată de numărul efectiv de biți, care este o măsură a rezoluției reale atinse de DAC. Rezoluția determină adâncimea de culoare în aplicațiile video și rata de biți audio în dispozitivele audio.
Frecvența maximă
Măsurarea celei mai rapide viteze la care poate funcționa un circuit DAC și totuși produce ieșirea corectă determină relația dintre acesta și lățimea de bandă a semnalului eșantionat. După cum am menționat mai sus, teoremaEșantioanele Nyquist-Shannon raportează semnale continue și discrete și susțin că orice semnal poate fi reconstruit cu orice precizie din înregistrările sale discrete.
Monotonitate
Acest concept se referă la capacitatea ieșirii analogice a DAC-ului de a se mișca numai în direcția în care se mișcă intrarea digitală. Această caracteristică este foarte importantă pentru DAC-urile utilizate ca sursă de semnal de joasă frecvență.
Distorsiune armonică totală și zgomot (THD + N)
Măsurarea distorsiunii și a sunetelor străine introduse de DAC în semnal, exprimată ca procent din cantitatea totală de distorsiune armonică nedorită și zgomot care însoțește semnalul dorit. Aceasta este o caracteristică foarte importantă pentru aplicațiile DAC dinamice și cu putere redusă.
Interval
O măsură a diferenței dintre semnalele cele mai mari și cele mai mici pe care le poate reproduce un DAC, exprimată în decibeli, este de obicei legată de rezoluție și nivelul de zgomot.
Alte măsurători, cum ar fi distorsiunea de fază și fluctuația, pot fi, de asemenea, foarte importante pentru unele aplicații. Există acelea (de exemplu, transmisie de date fără fir, video compozit) care se pot baza chiar pe recepția cu precizie a semnalelor ajustate în fază.
Eșantionarea audio PCM liniară funcționează de obicei la o rezoluție a fiecărui bit echivalentă cu șase decibeli de amplitudine (dublarea volumului sau a preciziei).
Codificări PCM neliniare (A-law / Μ-law, ADPCM, NICAM) încearcă să-și îmbunătățească intervalele dinamice eficiente în diferite moduri -dimensiuni logaritmice ale pașilor dintre nivelurile audio de ieșire reprezentate de fiecare bit de date.
Clasificarea convertoarelor digital-analogic
Clasificarea după neliniaritate le împarte în:
- Neliniaritate distinctă, care arată modul în care două valori de cod învecinate se abat de la pasul perfect de 1 LSB.
- Neliniaritatea cumulativă indică cât de departe se abate transmisia DAC de la ideal.
Deci, caracteristica ideală este de obicei o linie dreaptă. INL arată cât de mult diferă tensiunea reală la o anumită valoare a codului de această linie în biți cei mai puțin semnificativi.
Boost
În cele din urmă, zgomotul este limitat de zgomotul termic generat de componente pasive, cum ar fi rezistențele. Pentru aplicații audio și la temperatura camerei, acesta este de obicei puțin sub 1 µV (microvolt) de semnal alb. Acest lucru limitează performanța la mai puțin de 20 de biți chiar și în DAC-urile pe 24 de biți.
Performanță în domeniul frecvenței
Intervalul dinamic fără erori (SFDR) indică în dB raportul dintre puterile semnalului principal convertit și cea mai mare depășire nedorită.
Raportul de distorsiune a zgomotului (SNDR) indică în dB proprietatea de putere a sunetului principal convertit la suma sa.
Distorsiunea armonică totală (THD) este suma puterilor tuturor HDi.
Dacă eroarea DNL maximă este mai mică de 1 LSB, atunci convertorul digital-analogic este garantatva fi uniformă. Cu toate acestea, multe instrumente monotone pot avea un DNL maxim mai mare de 1 LSB.
Performanța domeniului temporal:
- Zonă de impuls glitch (energie glitch).
- Incertitudinea răspunsului.
- Timp de neliniaritate (TNL).
Operații de bază DAC
Un convertor analog-digital ia un număr exact (cel mai adesea un număr binar în virgulă fixă) și îl convertește într-o mărime fizică (cum ar fi tensiunea sau presiunea). DAC-urile sunt adesea folosite pentru a reorganiza datele seriilor temporale cu precizie finită într-un semnal fizic în continuă schimbare.
Convertorul D/A ideal preia numere abstracte dintr-un tren de impulsuri, care sunt apoi procesate folosind o formă de interpolare pentru a completa datele între semnale. Un convertor convențional digital-analogic plasează numerele într-o funcție constantă pe bucăți constând dintr-o secvență de valori dreptunghiulare, care este modelată cu menținerea ordinului zero.
Convertorul restabilește semnalele originale, astfel încât lățimea de bandă să îndeplinească anumite cerințe. Eșantionarea digitală este însoțită de erori de cuantizare care creează un nivel scăzut de zgomot. El este cel care se adaugă la semnalul restabilit. Amplitudinea minimă a unui sunet analog care poate determina modificarea unui sunet digital se numește bitul cel mai puțin semnificativ (LSB). Și eroarea (rotunjirea) care apare între semnalele analog și digital,se numește eroare de cuantizare.
