Elektronikoje DAC grandinė yra tam tikra sistema. Ji konvertuoja skaitmeninį signalą į analoginį.
Yra kelios DAC grandinės. Tinkamumas konkrečiai programai nustatomas pagal kokybės metriką, įskaitant skiriamąją gebą, didžiausią mėginių ėmimo dažnį ir kt.
Konvertavimas iš skaitmeninio į analoginį gali pabloginti signalo siuntimą, todėl būtina rasti instrumentą, kuriame būtų nedidelių taikymo klaidų.
Programos
DAC paprastai naudojami muzikos grotuvuose skaitmeniniams informacijos srautams paversti analoginiais garso signalais. Jie taip pat naudojami televizoriuose ir mobiliuosiuose telefonuose vaizdo duomenims konvertuoti atitinkamai į vaizdo signalus, kurie yra prijungti prie ekrano tvarkyklių, kad būtų rodomi vienspalviai arba kelių spalvų vaizdai.
Būtent šios dvi programos naudoja DAC grandines priešinguose tankio ir pikselių skaičiaus kompromiso galuose. Garsas yra žemo dažnio tipas su didele skyra, o vaizdo įrašas yra aukšto dažnio variantas su žemu ir vidutiniu vaizdu.
Dėl sudėtingumo ir kruopščiai suderintų komponentų poreikio visi DAC, išskyrus labiausiai specializuotus, yra įdiegti kaip integriniai grandynai (IC). Diskretieji saitai paprastai yra itin greiti, mažos skiriamosios gebos, energiją taupantys tipai, naudojami karinėse radarų sistemose. Labai didelės spartos bandymo įranga, ypač mėginių ėmimo osciloskopai, taip pat gali naudoti atskirus DAC.
Apžvalga
Įprasto nefiltruoto DAC pusiau pastovi išvestis yra įmontuota beveik bet kuriame įrenginyje, o pradinis vaizdas arba galutinis konstrukcijos pralaidumas išlygina tono atsaką į nuolatinę kreivę.
Atsakant į klausimą: „Kas yra DAC?“, verta paminėti, kad šis komponentas abstrakčią baigtinio tikslumo skaičių (dažniausiai dvejetainį fiksuoto taško skaitmenį) paverčia fizine verte (pavyzdžiui, įtampa arba slėgis). Visų pirma, D/A konvertavimas dažnai naudojamas norint pakeisti laiko eilutės duomenis į nuolat besikeičiantį fizinį signalą.
Idealus DAC konvertuoja abstrakčius skaitmenis į konceptualią impulsų seką, kuri vėliau apdorojama rekonstrukcijos filtru, naudojant tam tikrą interpoliacijos formą duomenims tarp impulsų užpildyti. Įprastapraktiškas skaitmeninio-analoginio keitiklis pakeičia skaičius į pavienę pastovią funkciją, sudarytą iš stačiakampių raštų sekos, kuri sukuriama laikantis nulinės eilės. Be to, atsakydami į klausimą "Kas yra DAC?" verta atkreipti dėmesį į kitus metodus (pavyzdžiui, pagrįstus delta-sigma moduliacija). Jie sukuria moduliuotą impulsų tankio išvestį, kurią galima panašiai filtruoti, kad būtų sukurtas sklandžiai kintantis signalas.
Pagal Nyquist-Shannon atrankos teoremą, DAC gali atkurti pradinę vibraciją pagal atrinktus duomenis, jei jo įsiskverbimo zona atitinka tam tikrus reikalavimus (pavyzdžiui, bazinės juostos impulsas su mažesniu linijos tankiu). Skaitmeninis pavyzdys rodo kvantavimo klaidą, kuri atkurtame signale pasirodo kaip žemo lygio triukšmas.
Supaprastinta 8 bitų įrankio funkcijų diagrama
Iš karto verta paminėti, kad populiariausias modelis yra Real Cable NANO-DAC skaitmeninis-analoginis keitiklis. DAC yra pažangios technologijos, reikšmingai prisidėjusios prie skaitmeninės revoliucijos, dalis. Norėdami iliustruoti, apsvarstykite įprastus tarpmiestinius telefono skambučius.
Skambinančiojo balsas naudojant mikrofoną paverčiamas analoginiu elektriniu signalu, o tada šis impulsas kartu su DAC pakeičiamas į skaitmeninį srautą. Po to pastarasis suskirstomas į tinklo paketus, kur gali būti siunčiamas kartu su kitais skaitmeniniais duomenimis. Ir tai nebūtinai gali būti garsas.
Tada paketaiyra priimami paskirties vietoje, tačiau kiekvienas iš jų gali pasirinkti visiškai skirtingą maršrutą ir net nepasiekti tikslo tinkama tvarka ir tinkamu laiku. Tada skaitmeniniai balso duomenys išgaunami iš paketų ir sujungiami į bendrą duomenų srautą. DAC paverčia tai atgal į analoginį elektrinį signalą, kuris valdo garso stiprintuvą (pvz., Real Cable NANO-DAC skaitmeninį-analoginį keitiklį). Ir jis savo ruožtu įjungia garsiakalbį, kuris pagaliau atkuria reikiamą garsą.
Garsas
Dauguma šiuolaikinių akustinių signalų yra saugomi skaitmeniniu būdu (pvz., MP3 ir CD). Kad būtų girdimas per garsiakalbius, jie turi būti paversti panašiu impulsu. Taigi galite rasti skaitmeninio į analoginį keitiklį, skirtą televizoriui, CD grotuvui, skaitmeninėms muzikos sistemoms ir kompiuterio garso plokštėms.
Paskirtus atskirus DAC taip pat galima rasti aukštos kokybės Hi-Fi sistemose. Paprastai jie naudoja suderinamo CD grotuvo arba tam skirtos transporto priemonės skaitmeninę išvestį ir paverčia signalą į linijos lygio analoginę išvestį, kuri vėliau gali būti tiekiama į stiprintuvą, kad būtų galima valdyti garsiakalbius.
Panašius D/A keitiklius galima rasti skaitmeniniuose stulpeliuose, pvz., USB garsiakalbiuose ir garso plokštėse.
Voice over IP programose š altinis pirmiausia turi būti suskaitmenintas, kad būtų galima perduoti, kad jis būtų konvertuojamas per ADC ir tada konvertuojamas į analoginį naudojant DAC įjungtąpriimančioji šalis. Pavyzdžiui, šis metodas naudojamas kai kuriems skaitmeninio-analoginio keitikliams (TV).
Nuotrauka
Dėl labai nelinijinio katodinių spindulių vamzdžių (kuriam buvo skirta didžioji dalis skaitmeninio vaizdo kūrimo), ir žmogaus akies, naudojant gama kreivė, kad visame ekrano dinaminiame diapazone atrodytų tolygiai paskirstyti šviesumo žingsniai. Todėl reikia naudoti RAMDAC kompiuterinėse vaizdo programose, turinčiose gana gilią spalvų skiriamąją gebą, todėl būtų nepraktiška sukurti DAC užkoduotą reikšmę kiekvienam kiekvieno kanalo išvesties lygiui (pavyzdžiui, „Atari ST“arba „Sega Genesis“reikia 24 iš šių reikšmių; 24 bitų vaizdo plokštei reikėtų 768).
Atsižvelgiant į šį būdingą iškraipymą, nėra neįprasta, kad televizoriaus arba vaizdo projektoriaus tiesinis kontrasto santykis (skirtumas tarp tamsiausio ir ryškiausio išvesties lygių) yra 1 000:1 arba didesnis. Tai prilygsta 10 bitų garso tikslumui, net jei jis gali priimti tik 8 bitų tikslumo signalus ir naudoti LCD skydelį, kuriame kiekviename kanale rodomi tik šeši ar septyni bitai. Šiuo pagrindu skelbiamos DAC apžvalgos.
Vaizdo signalai iš skaitmeninio š altinio, pvz., kompiuterio, turi būti konvertuojami į analoginę formą, jei jie turi būti rodomi monitoriuje. Panašus nuo 2007 mįvestys buvo naudojamos dažniau nei skaitmeninės, tačiau tai pasikeitė, nes tapo dažnesni plokštieji ekranai su DVI arba HDMI jungtimis. Tačiau vaizdo DAC yra integruotas į bet kurį skaitmeninį vaizdo grotuvą su tais pačiais išėjimais. Garso keitiklis iš skaitmeninio į analoginį paprastai yra integruotas su tam tikra atmintimi (RAM), kurioje yra gama korekcijos, kontrasto ir ryškumo pertvarkymo lentelės, kad būtų sukurtas įrenginys, vadinamas RAMDAC.
Prie DAC nuotoliniu būdu prijungtas įrenginys yra skaitmeniniu būdu valdomas potenciometras, naudojamas signalui paimti.
Mechaninis dizainas
Pavyzdžiui, IBM Selectric spausdinimo mašinėlė rutuliui varyti jau naudoja nerankinį DAC.
Skaitmeninio-analoginio keitiklio grandinė atrodo taip.
Vieno bito mechaninė pavara turi dvi padėtis: vieną, kai įjungta, kitą, kai išjungta. Įrenginys gali nedvejodamas derinti kelių vieno bito pavarų judesius ir pasverti jų svorį, kad būtų gauti tikslesni žingsniai.
Tokią sistemą naudoja IBM Selectric spausdinimo mašinėlė.
Pagrindiniai skaitmeninio-analoginio keitiklių tipai
- Impulso pločio moduliatorius, kuriame stabili srovė arba įtampa perjungiama į žemųjų dažnių analoginį filtrą, kurio trukmė nustatoma pagal skaitmeninį įvesties kodą. Šis metodas dažnai naudojamas variklio greičiui valdyti ir LED lemputėms pritemdyti.
- Skaitmeninio į analoginį garso konverteris superimti arba interpoliuoti DAC, pvz., naudojantys delta-sigma moduliaciją, naudoja impulsų tankio kitimo metodą. Naudojant delta sigma įrenginį galima pasiekti didesnį nei 100 ksample per sekundę greitį (pvz., 180 kHz) ir 28 bitų skiriamąją gebą.
- Dvejetainis svertinis elementas, kuriame yra atskiri elektriniai komponentai kiekvienam DAC bitui, prijungtam prie sumavimo taško. Būtent ji gali pridėti operacinį stiprintuvą. Š altinio srovės stiprumas yra proporcingas bito, kurį jis atitinka, svoriui. Taigi prie svorio pridedami visi nenuliniai kodo bitai. Taip yra todėl, kad jie turi tą patį įtampos š altinį. Tai vienas greičiausių konvertavimo būdų, tačiau jis nėra tobulas. Kadangi yra problema: mažas tikslumas dėl didelių duomenų, reikalingų kiekvienai atskirai įtampai ar srovei. Tokie didelio tikslumo komponentai yra brangūs, todėl tokio tipo modeliai dažniausiai apsiriboja 8 bitų raiška ar net mažesne. Perjungiamas rezistorius yra skirtas skaitmeninio-analoginio keitikliams lygiagrečiuose tinklo š altiniuose. Atskiri egzemplioriai prijungiami prie elektros, remiantis skaitmeniniu įėjimu. Šio tipo skaitmeninio-analoginio keitiklio veikimo principas slypi perjungtame DAC srovės š altinyje, iš kurio pagal skaitmeninę įvestį parenkami skirtingi klavišai. Jame yra sinchroninio kondensatoriaus linija. Šie pavieniai elementai sujungiami arba atjungiami naudojant specialų mechanizmą (koją), kuris yra šalia visų kištukų.
- Skaitmeninio į analoginį laiptų keitikliaitipas, kuris yra dvejetainis svertinis elementas. Jis savo ruožtu naudoja pasikartojančią pakopinių rezistorių reikšmių R ir 2R struktūrą. Tai padidina tikslumą dėl to, kad santykinai lengva pagaminti tą patį vardinį mechanizmą (arba srovės š altinius).
- Nuosekli pažanga arba ciklinis DAC, kuris sukuria išvestį po vieną kiekvieno žingsnio metu. Atskiri skaitmeninės įvesties bitai apdorojami visomis jungtimis, kol bus apskaitytas visas objektas.
- Termometras yra koduotas DAC, kuriame yra vienodas rezistorius arba srovės š altinio segmentas kiekvienai galimai DAC išvesties vertei. 8 bitų termometras DAC turės 255 elementus, o 16 bitų termometras DAC – 65 535 dalis. Tai turbūt greičiausia ir tiksliausia DAC architektūra, tačiau didelė kaina. Naudojant šio tipo DAC, buvo pasiektas daugiau nei milijardo mėginių per sekundę konversijos koeficientas.
- Hibridiniai DAC, kuriuose naudojamas pirmiau minėtų metodų derinys viename keitiklyje. Dauguma DAC IC yra tokio tipo, nes sunku gauti pigų, didelį greitį ir tikslumą viename įrenginyje.
- Segmentuotas DAC, kuris apjungia termometro kodavimo principą didesniems skaitmenims ir dvejetainį mažesnių komponentų svorį. Tokiu būdu pasiekiamas kompromisas tarp tikslumo (naudojant termometro kodavimo principą) ir rezistorių arba srovės š altinių skaičiaus (naudojant dvejetainį svorį). Gilus įrenginys su dvigubuveiksmas reiškia, kad segmentavimas yra 0%, o dizainas su visu termometriniu kodu – 100%.
Dauguma šiame sąraše esančių DACS remiasi nuolatine įtampos nuoroda, kad sukurtų savo išvesties vertę. Arba dauginantis DAC priima kintamosios srovės įvesties įtampą, kad jas konvertuotų. Tai nustato papildomus pertvarkymo schemos pralaidumo projektinius apribojimus. Dabar aišku, kodėl reikalingi įvairių tipų skaitmeniniai-analoginiai keitikliai.
Performansas
DAC yra labai svarbūs sistemos veikimui. Svarbiausios šių įrenginių savybės yra skiriamoji geba, sukurta naudojant skaitmeninio į analoginį keitiklį.
Galimų išvesties lygių skaičius, kuriam skirtas DAC, paprastai nurodomas kaip jo naudojamų bitų skaičius, kuris yra du baziniai lygių skaičiaus logaritmai. Pavyzdžiui, 1 bitų DAC skirtas žaisti dviem grandinėms, o 8 bitų DAC – 256 grandinėms. Užpildymas yra susijęs su efektyviu bitų skaičiumi, kuris yra tikrosios DAC pasiektos skiriamosios gebos matas. Skiriamoji geba nustato spalvų gylį vaizdo programose ir garso bitų spartą garso įrenginiuose.
Maksimalus dažnis
Matuojant didžiausią greitį, kuriuo DAC grandinė gali veikti ir vis tiek sukurti tinkamą išvestį, nustatomas ryšys tarp jo ir atrinkto signalo pralaidumo. Kaip minėta aukščiau, teoremaNyquist-Shannon mėginiai sieja nuolatinius ir atskirus signalus ir teigia, kad bet koks signalas gali būti atkurtas bet kokiu tikslumu pagal atskirus įrašus.
Monotoniškumas
Ši sąvoka reiškia DAC analoginės išvesties galimybę judėti tik ta kryptimi, kuria juda skaitmeninis įėjimas. Ši charakteristika labai svarbi DAC, naudojamiems kaip žemo dažnio signalo š altinis.
Bendras harmoninis iškraipymas ir triukšmas (THD + N)
Iškraipymų ir pašalinių garsų, kuriuos DAC įveda į signalą, matavimas, išreikštas procentais nuo bendro nepageidaujamo harmoninio iškraipymo ir triukšmo, lydinčio norimą signalą. Tai labai svarbi funkcija dinamiškoms ir mažos galios DAC programoms.
Asortimentas
Didžiausio ir mažiausio signalų, kuriuos gali atkurti DAC, skirtumas, išreikštas decibelais, paprastai yra susijęs su skiriamąja geba ir triukšmo lygiu.
Kiti matavimai, tokie kaip fazės iškraipymas ir virpėjimas, taip pat gali būti labai svarbūs kai kurioms programoms. Yra tokių (pvz., belaidis duomenų perdavimas, sudėtinis vaizdo įrašas), kurios netgi gali pasikliauti tiksliai priimti faze pakoreguotus signalus.
Linijinis PCM garso mėginių ėmimas paprastai veikia naudojant kiekvieno bito skiriamąją gebą, lygią šešių decibelų amplitudei (dvigubai padidina garsumą arba tikslumą).
Netiesinės PCM koduotės (A-dėsnis / Μ-dėsnis, ADPCM, NICAM) bando įvairiais būdais pagerinti savo efektyvius dinaminius diapazonus -logaritminiai žingsnių dydžiai tarp išvesties garso lygių, rodomų kiekvienu duomenų bitu.
Skaitmeninio-analoginio keitiklių klasifikacija
Klasifikavimas pagal nelinijiškumą padalija juos į:
- Išskirtinis nelinijiškumas, rodantis, kaip dvi gretimos kodo reikšmės nukrypsta nuo tobulo 1 LSB žingsnio.
- Kumuliacinis netiesiškumas rodo, kiek DAC perdavimas nukrypsta nuo idealaus.
Todėl ideali funkcija paprastai yra tiesi linija. INL rodo, kiek tikroji įtampa esant nurodytai kodo reikšmei skiriasi nuo šios eilutės mažiausiais reikšmingais bitais.
Boost
Galų gale triukšmą riboja šiluminis triukšmas, kurį sukelia pasyvūs komponentai, pvz., rezistoriai. Naudojant garsą ir kambario temperatūroje, tai paprastai yra šiek tiek mažiau nei 1 µV (mikrovoltas) b alto signalo. Tai apriboja našumą iki mažiau nei 20 bitų net 24 bitų DAC.
Našumas dažnių srityje
Netikras dinaminis diapazonas (SFDR) dB nurodo konvertuoto pagrindinio signalo galių ir didžiausio nepageidaujamo viršijimo santykį.
Triukšmo iškraipymo koeficientas (SNDR) dB nurodo konvertuoto pagrindinio garso galios savybę į jo sumą.
Bendras harmoninis iškraipymas (THD) yra visų HDi galių suma.
Jei didžiausia DNL klaida yra mažesnė nei 1 LSB, skaitmeninio į analoginį keitiklis garantuojamasbus vienodos. Tačiau daugelio monotoninių instrumentų didžiausias DNL gali būti didesnis nei 1 LSB.
Laiko domeno našumas:
- Trikdymo impulsų zona (sugedimo energija).
- Atsakymo netikrumas.
- Netiesiškumo laikas (TNL).
DAC pagrindinės operacijos
Analoginis-skaitmeninis keitiklis paima tikslų skaičių (dažniausiai fiksuoto taško dvejetainį skaičių) ir paverčia jį fiziniu kiekiu (pvz., įtampa arba slėgiu). DAC dažnai naudojami baigtinių tikslių laiko eilučių duomenims pertvarkyti į nuolat besikeičiantį fizinį signalą.
Idealus D/A keitiklis paima abstrakčius skaičius iš impulsų sekos, kurie vėliau apdorojami naudojant interpoliacijos formą, kad būtų užpildyti duomenys tarp signalų. Įprastas skaitmeninio-analoginio keitiklis pateikia skaičius į atskirą pastovią funkciją, sudarytą iš stačiakampių reikšmių sekos, kuri modeliuojama naudojant nulinės eilės palaikymą.
Kverteris atkuria pradinius signalus, kad jo pralaidumas atitiktų tam tikrus reikalavimus. Skaitmeninį atranką lydi kvantavimo klaidos, kurios sukuria žemo lygio triukšmą. Būtent jis pridedamas prie atkurto signalo. Minimali analoginio garso amplitudė, dėl kurios gali pasikeisti skaitmeninis garsas, vadinama mažiausiai reikšmingu bitu (LSB). Ir klaida (apvalinimas), kuri atsiranda tarp analoginių ir skaitmeninių signalų,vadinama kvantavimo klaida.
