Elektroonikas on DAC-ahel omamoodi süsteem. Tema on see, kes teisendab digitaalsignaali analoogsignaaliks.
DAC-ahelaid on mitu. Konkreetse rakenduse jaoks sobivuse määravad kvaliteedinäitajad, sealhulgas eraldusvõime, maksimaalne diskreetimissagedus ja muud.
Digitaal-analoogmuundamine võib signaali saatmist halvendada, mistõttu tuleb leida instrument, mille rakenduses on väikseid vigu.
Rakendused
DAC-sid kasutatakse tavaliselt muusikapleierites numbriliste teabevoogude teisendamiseks analooghelisignaalideks. Neid kasutatakse ka televiisorites ja mobiiltelefonides videoandmete teisendamiseks vastav alt videosignaalideks, mis on ühendatud ekraanidraiveritega, et kuvada ühevärvilisi või mitmevärvilisi pilte.
Need kaks rakendust kasutavad DAC-ahelaid tiheduse ja pikslite arvu vahelise kompromissi vastasotstes. Heli on madala sagedusega kõrge eraldusvõimega tüüp ja video kõrge sagedusega variant madala kuni keskmise kujutisega.
Keerukuse ja hoolik alt sobitatud komponentide vajaduse tõttu rakendatakse kõiki, välja arvatud kõige spetsialiseerunud DAC-id, integraallülitustena (IC). Diskreetsed lingid on tavaliselt ülikiired, madala eraldusvõimega energiasäästlikud tüübid, mida kasutatakse sõjaväe radarisüsteemides. Väga kiired katseseadmed, eriti diskreetsed ostsilloskoobid, võivad kasutada ka diskreetseid DAC-sid.
Ülevaade
Tavalise filtreerimata DAC-i poolkonstantne väljund on sisse ehitatud peaaegu igasse seadmesse ja disaini algkujutis või lõplik ribalaius silub helikõrguse pidevaks kõveraks.
Vastates küsimusele: “Mis on DAC?”, väärib märkimist, et see komponent teisendab lõpliku täpsusega abstraktse arvu (tavaliselt binaarse fikseeritud punktiga numbri) füüsiliseks väärtuseks (näiteks pingeks või surve). Eelkõige kasutatakse D/A teisendust sageli aegridade andmete muutmiseks pidev alt muutuvaks füüsiliseks signaaliks.
Ideaalne DAC teisendab abstraktsed numbrid kontseptuaalseks impulsside jadaks, mida seejärel töödeldakse rekonstrueerimisfiltriga, kasutades impulsside vaheliste andmete täitmiseks mingit interpolatsiooni. Tavalinepraktiline digitaal-analoogmuundur muudab numbrid tükkhaaval konstantseks funktsiooniks, mis koosneb ristkülikukujuliste mustrite jadast, mis luuakse nulljärjekorras. Samuti vastates küsimusele "Mis on DAC?" tasub tähele panna teisi meetodeid (näiteks delta-sigma modulatsioonil põhinevaid). Need loovad impulsi tihedusega moduleeritud väljundi, mida saab sarnaselt filtreerida sujuv alt muutuva signaali saamiseks.
Vastav alt Nyquisti-Shannoni diskreetiteoreemile saab DAC taastada algse vibratsiooni näidisandmete põhjal, eeldusel, et selle läbitungivsoon vastab teatud nõuetele (näiteks madalama joonetihedusega põhiriba impulss). Digitaalne näidis esindab kvantimisviga, mis ilmneb rekonstrueeritud signaalis madala mürana.
8-bitise tööriista lihtsustatud funktsiooniskeem
Väärib kohe märkimist, et kõige populaarsem mudel on Real Cable NANO-DAC digitaal-analoogmuundur. DAC on osa arenenud tehnoloogiast, mis on andnud olulise panuse digirevolutsiooni. Illustreerimiseks kaaluge tavalisi kaugekõnesid.
Helistaja hääl teisendatakse mikrofoni abil elektriliseks analoogsignaaliks ja seejärel muudetakse see impulss koos DAC-iga digitaalseks voogu. Pärast seda jagatakse viimane võrgupakettideks, kuhu seda koos muude digitaalsete andmetega saata. Ja see ei pruugi tingimata olla heli.
Siis pakidvõetakse sihtkohas vastu, kuid igaüks neist võib minna täiesti erinevat marsruuti ega jõua isegi sihtkohta õiges järjekorras ja õigel ajal. Seejärel eraldatakse digitaalsed kõneandmed pakettidest ja koondatakse ühiseks andmevooks. DAC teisendab selle tagasi analoogseks elektrisignaaliks, mis juhib helivõimendit (nt Real Cable NANO-DAC digitaal-analoogmuundur). Ja ta omakorda aktiveerib valjuhääldi, mis lõpuks vajaliku heli tekitab.
Heli
Enamik kaasaegseid akustilisi signaale salvestatakse digitaalselt (nt MP3 ja CD). Kõlarite kaudu kuuldavaks saamiseks tuleb need teisendada sarnaseks impulsiks. Nii võite leida digitaal-analoogmuunduri teleri, CD-mängija, digitaalsete muusikasüsteemide ja arvuti helikaartide jaoks.
Spetsiaalseid eraldiseisvaid DAC-sid võib leida ka kvaliteetsetest Hi-Fi-süsteemidest. Tavaliselt võtavad nad ühilduva CD-mängija või spetsiaalse sõiduki digitaalväljundi ja teisendavad signaali liinitaseme analoogväljundiks, mille saab seejärel kõlarite juhtimiseks võimendisse suunata.
Sarnaseid D/A-muundureid võib leida digitaalsetest veergudest, nagu USB-kõlarid ja helikaardid.
Voice over IP rakendustes tuleb allikas esm alt edastamiseks digiteerida, nii et see teisendatakse ADC kaudu ja seejärel teisendatakse DAC-i abil analoogseks.vastuvõttev pool. Näiteks kasutatakse seda meetodit mõne digitaal-analoogmuunduri (TV) puhul.
Pilt
Sämplimine kipub üldiselt toimima täiesti erineval skaalal, kuna nii elektronkiiretorude (milleks on ette nähtud suurem osa digitaalse video tootmise) kui ka inimsilma väga mittelineaarsest reaktsioonist, kasutades gammakõver, et tagada ühtlaselt jaotunud heledusastmed kogu ekraani dünaamilises vahemikus. Sellest tuleneb vajadus kasutada RAMDAC-i arvutivideorakendustes üsna sügava värvieraldusvõimega, nii et pole otstarbekas luua DAC-is kõvasti kodeeritud väärtust iga kanali iga väljundtaseme jaoks (näiteks Atari ST või Sega Genesis vajab neist väärtustest 24; 24-bitine videokaart vajab 768.
Arvestades seda loomupärast moonutust, ei ole harvad juhud, kui teleri või videoprojektori lineaarne kontrastsussuhe (kõige tumedama ja heledaima väljundtaseme erinevus) on 1000:1 või rohkem. See võrdub 10 biti helitäpsusega, isegi kui see suudab vastu võtta ainult 8-bitise täpsusega signaale ja kasutab LCD-paneeli, mis kuvab ainult kuus või seitse bitti kanali kohta. Selle alusel avaldatakse DAC-i ülevaated.
Digitaalsest allikast, näiteks arvutist, pärit videosignaalid tuleb teisendada analoogvormingusse, kui neid kuvatakse monitoril. Sarnane alates 2007. aastastsisendeid kasutati sagedamini kui digitaalseid, kuid see on muutunud, kuna DVI- või HDMI-ühendusega lameekraanekraanid on muutunud levinumaks. Video-DAC on aga sisse ehitatud igasse samade väljunditega digitaalvideopleierisse. Digitaal-analoogheli muundur on tavaliselt integreeritud mingisuguse mäluga (RAM), mis sisaldab ümberkorraldustabeleid gammakorrektsiooni, kontrasti ja heleduse jaoks, et luua RAMDAC-nimeline seade.
Seade, mis on kaugühendusega DAC-ga, on digitaalselt juhitav potentsiomeeter, mida kasutatakse signaali vastuvõtmiseks.
Mehaaniline disain
Näiteks IBM Selectricu kirjutusmasin kasutab palli juhtimiseks juba mittekäsitsi töötavat DAC-i.
Digitaal-analoogmuunduri ahel näeb välja selline.
Ühebitine mehaaniline ajam on kahes asendis: üks, kui see on sisse lülitatud, teine, kui see on välja lülitatud. Täpsemate sammude saamiseks saab seade kõhklemata kombineerida ja kaaluda mitme ühe bitiga täiturmehhanismi liikumist.
Sellist süsteemi kasutab IBM Selectric kirjutusmasin.
Peamised digitaal-analoogmuundurite tüübid
- Impulsi laiuse modulaator, kus stabiilne vool või pinge lülitatakse madalpääs analoogfiltrisse, mille kestus on määratud digitaalse sisendkoodiga. Seda meetodit kasutatakse sageli mootori kiiruse reguleerimiseks ja LED-tulede hämardamiseks.
- Digitaal-analoogheli muundur koosDAC-ide ülediskreetimine või interpoleerimine, näiteks need, mis kasutavad delta-sigma modulatsiooni, kasutavad impulsi tiheduse variatsiooni meetodit. Delta-sigma seadmega on saavutatavad kiirused üle 100 ksampli sekundis (nt 180 kHz) ja 28-bitine eraldusvõime.
- Binaarkaaluline element, mis sisaldab eraldi elektrilisi komponente iga liitmispunktiga ühendatud DAC-biti jaoks. Just tema saab operatsioonivõimendi liita. Allika voolutugevus on võrdeline selle biti kaaluga, millele see vastab. Seega lisatakse kaalule kõik koodi nullist erinevad bitid. Seda seetõttu, et nende käsutuses on sama pingeallikas. See on üks kiiremaid teisendusmeetodeid, kuid see pole täiuslik. Kuna on probleem: madal täpsus iga üksiku pinge või voolu jaoks vajalike suurte andmete tõttu. Sellised ülitäpsed komponendid on kallid, nii et seda tüüpi mudelid on tavaliselt piiratud 8-bitise eraldusvõimega või isegi vähemaga. Lülitatud takisti eesmärk on digitaal-analoogmuundurid paralleelsetes võrguallikates. Üksikud eksemplarid ühendatakse elektriga digitaalsisendi alusel. Seda tüüpi digitaal-analoogmuunduri tööpõhimõte seisneb DAC-i lülitatavas vooluallikas, millest valitakse numbrilise sisendi alusel erinevad klahvid. See sisaldab sünkroonkondensaatori liini. Need üksikud elemendid ühendatakse või lahutatakse spetsiaalse mehhanismi (jala) abil, mis asub kõigi pistikute läheduses.
- Digitaal-analoogtrepi muunduridtüüp, mis on binaarselt kaalutud element. See omakorda kasutab kaskaadtakisti väärtuste R ja 2R korduvat struktuuri. See parandab täpsust sama nimimehhanismi (või vooluallikate) valmistamise suhtelise lihtsuse tõttu.
- Järjestuslik edasiliikumine või tsükliline DAC, mis loob väljundi iga etapi jooksul ükshaaval. Kõik konnektorid töötlevad digitaalsisendi üksikuid bitte, kuni kogu objekt on arvesse võetud.
- Termomeeter on kodeeritud DAC, mis sisaldab võrdset takistit või vooluallika segmenti iga võimaliku DAC-väljundi väärtuse jaoks. 8-bitisel termomeetril DAC on 255 elementi ja 16-bitisel termomeetril DAC on 65 535 osa. See on võib-olla kiireim ja täpseim DAC-arhitektuur, kuid kõrgete kulude arvelt. Seda tüüpi DAC-iga on saavutatud konversioonimäär üle ühe miljardi proovi sekundis.
- Hübriid-DAC-d, mis kasutavad ühes muunduris ül altoodud meetodite kombinatsiooni. Enamik DAC-i IC-sid on seda tüüpi, kuna ühes seadmes on keeruline hankida odavat, suurt kiirust ja täpsust.
- Segmenteeritud DAC, mis ühendab termomeetri kodeerimise põhimõtte kõrgemate numbrite jaoks ja binaarse kaalumise põhimõtte madalamate komponentide jaoks. Sel viisil saavutatakse kompromiss täpsuse (kasutades termomeetri kodeerimise põhimõtet) ja takistite või vooluallikate arvu vahel (kasutades binaarset kaalumist). Sügav seade topelttoiming tähendab, et segmenteerimine on 0% ja täieliku termomeetrilise kodeeringuga disainil 100%.
Enamik selles loendis olevaid DACS-e toetub oma väljundväärtuse loomiseks konstantsele pingereferentsile. Teise võimalusena võtab korrutav DAC nende teisendamiseks vahelduvvoolu sisendpinget. See seab ümberkorraldamise skeemi ribalaiusele täiendavaid disainipiiranguid. Nüüd on selge, miks on vaja erinevat tüüpi digitaal-analoogmuundureid.
Esitus
DAC-id on süsteemi jõudluse jaoks väga olulised. Nende seadmete kõige olulisemad omadused on eraldusvõime, mis on loodud digitaal-analoogmuunduri kasutamiseks.
Võimalike väljundtasemete arv, mida DAC on ette nähtud esitama, esitatakse tavaliselt kasutatavate bittide arvuna, mis on tasemete arvu kaks põhilogaritmi. Näiteks 1-bitine DAC on ette nähtud kahe vooluringi mängimiseks, 8-bitine DAC aga 256 vooluringi mängimiseks. Polsterdus on seotud efektiivse bittide arvuga, mis on DAC-i tegeliku eraldusvõime mõõt. Eraldusvõime määrab värvisügavuse videorakendustes ja heli bitikiiruse heliseadmetes.
Maksimaalne sagedus
Kiireima kiiruse mõõtmine, mida DAC-ahel võib töötada ja anda siiski õiget väljundit, määrab selle ja diskreeditud signaali ribalaiuse vahelise seose. Nagu eespool öeldud, teoreemNyquist-Shannoni proovid seostavad pidevaid ja diskreetseid signaale ning väidab, et mis tahes signaali saab selle diskreetsete kirjete põhjal mis tahes täpsusega rekonstrueerida.
Monotoonsus
See mõiste viitab DAC-i analoogväljundi võimele liikuda ainult selles suunas, milles liigub digitaalsisend. See omadus on väga oluline madala sagedusega signaaliallikana kasutatavate DAC-ide jaoks.
Täielik harmooniline moonutus ja müra (THD + N)
Moonutuste ja DAC-i poolt signaali tekitatud kõrvaliste helide mõõtmine, väljendatuna protsendina soovitud signaaliga kaasneva soovimatu harmoonilise moonutuse ja müra kogusummast. See on dünaamiliste ja väikese väljundvõimsusega DAC-rakenduste jaoks väga oluline funktsioon.
Vahestus
Detsibellides väljendatud suurimate ja väikseimate signaalide erinevus, mida DAC suudab taasesitada, on tavaliselt seotud eraldusvõime ja müratasemega.
Mõnede rakenduste puhul võivad väga olulised olla ka muud mõõtmised, nagu faasimoonutus ja värin. On neid (nt traadita andmeedastus, komposiitvideo), mis võivad isegi tugineda faasireguleeritud signaalide täpsele vastuvõtmisele.
Lineaarne PCM-heli diskreetimine töötab tavaliselt iga biti eraldusvõimega, mis vastab kuue detsibelli amplituudiga (helitugevuse või täpsuse kahekordistamine).
Mittelineaarsed PCM-kodeeringud (A-seadus / Μ-seadus, ADPCM, NICAM) püüavad oma tõhusaid dünaamilisi vahemikke mitmel viisil parandada -logaritmilised sammud väljundheli tasemete vahel, mida esindab iga andmebitt.
Digitaal-analoogmuundurite klassifikatsioon
Mittelineaarsuse alusel liigitamine jagab need järgmisteks osadeks:
- Eriline mittelineaarsus, mis näitab, kuidas kaks naaberkoodi väärtust erinevad täiuslikust 1 LSB-astmest.
- Kumulatiivne mittelineaarsus näitab, kui kaugele DAC-edastus ideaalist erineb.
Nii et ideaalne tunnus on tavaliselt sirgjoon. INL näitab, kui palju tegelik pinge antud koodiväärtuse juures erineb sellest reast kõige vähemtähtsate bittide võrra.
Boost
Lõppkokkuvõttes piirab müra passiivsete komponentide, näiteks takistite, tekitatud soojusmüra. Helirakenduste ja toatemperatuuril on see tavaliselt veidi alla 1 µV (mikrovolti) valge signaali. See piirab jõudlust alla 20 biti isegi 24-bitistes DAC-ides.
Toimivus sageduspiirkonnas
Spurious-free dynamic range (SFDR) näitab dB-des teisendatud põhisignaali võimsuste ja suurima soovimatu ületamise suhet.
Müramoonutussuhe (SNDR) näitab dB-des konverteeritud põhiheli võimsusomadust selle summaks.
Harmooniline kogumoonutus (THD) on kõigi HDi võimsuste summa.
Kui maksimaalne DNL-viga on väiksem kui 1 LSB, on digitaal-analoogmuundur garanteeritudsaab olema ühtlane. Paljude monotoonsete instrumentide maksimaalne DNL võib aga olla suurem kui 1 LSB.
Ajadomeeni jõudlus:
- Glitch impulsi tsoon (tõrkeenergia).
- Ebakindlus vastuses.
- Mittelineaarsuse aeg (TNL).
DAC-i põhitoimingud
Analoog-digitaalmuundur võtab täpse arvu (enamasti fikseeritud punktiga kahendarvu) ja teisendab selle füüsiliseks suuruseks (nt pinge või rõhk). DAC-e kasutatakse sageli piiratud täppisaegridade andmete ümberkorraldamiseks pidev alt muutuvateks füüsilisteks signaalideks.
Ideaalne D/A muundur võtab impulsside jadast abstraktsed arvud, mida seejärel töödeldakse interpolatsiooni abil, et täita andmeid signaalide vahel. Tavaline digitaal-analoogmuundur paigutab numbrid tükkhaaval konstantsesse funktsiooni, mis koosneb ristkülikukujuliste väärtuste jadast, mis on modelleeritud nulljärku hoidmisega.
Muundur taastab algsed signaalid, nii et selle ribalaius vastab teatud nõuetele. Digitaalse proovivõtmisega kaasnevad kvantimisvead, mis tekitavad madala mürataseme. Ta on see, kes lisatakse taastatud signaalile. Analoogheli minimaalset amplituudi, mis võib põhjustada digitaalheli muutumist, nimetatakse kõige vähem oluliseks bitiks (LSB). Ja viga (ümardamine), mis tekib analoog- ja digitaalsignaalide vahel,nimetatakse kvantimisveaks.
