I elektronik er DAC-kredsløbet en slags system. Det er hende, der konverterer det digitale signal til analogt.
Der er flere DAC-kredsløb. Egnethed til en bestemt applikation bestemmes af kvalitetsmålinger, herunder opløsning, maksimal samplingsfrekvens og andre.
Digital-til-analog konvertering kan forringe afsendelsen af signalet, så det er nødvendigt at finde et instrument, der har mindre fejl med hensyn til anvendelse.
Applications
DAC'er bruges typisk i musikafspillere til at konvertere numeriske strømme af information til analoge lydsignaler. De bruges også i fjernsyn og mobiltelefoner til at konvertere videodata til henholdsvis videosignaler, som er forbundet til skærmdrivere for at vise monokromatiske eller flerfarvede billeder.
Det er disse to applikationer, der bruger DAC-kredsløb i hver sin ende af kompromiset mellem tæthed og pixelantal. Lyd er en lavfrekvent type med høj opløsning, og video er en højfrekvent variant med et lavt til medium billede.
På grund af kompleksitet og behovet for nøje afstemte komponenter er alle undtagen de mest specialiserede DAC'er implementeret som integrerede kredsløb (IC'er). Diskrete links er typisk ekstremt hurtige, lavopløselige, strømbesparende typer, der bruges i militære radarsystemer. Testudstyr med meget høj hastighed, især prøvetagningsoscilloskoper, kan også bruge diskrete DAC'er.
Oversigt
Det semi-konstante output fra en konventionel ufiltreret DAC er indbygget i næsten enhver enhed, og det indledende billede eller den endelige båndbredde af designet udjævner tonehøjderesponsen til en kontinuerlig kurve.
Ved at besvare spørgsmålet: "Hvad er en DAC?", er det værd at bemærke, at denne komponent konverterer et abstrakt tal med endelig præcision (norm alt et binært fikspunktciffer) til en fysisk værdi (f.eks. spænding eller tryk). Især D/A-konvertering bruges ofte til at ændre tidsseriedata til et konstant skiftende fysisk signal.
Den ideelle DAC konverterer abstrakte cifre til et konceptuelt tog af pulser, som derefter behandles af et rekonstruktionsfilter ved hjælp af en form for interpolation til at udfylde data mellem pulser. Almindeligen praktisk digital-til-analog konverter ændrer tallene til en stykkevis konstant funktion, der består af en sekvens af rektangulære mønstre, der er skabt med nulte orden. Også ved at besvare spørgsmålet "Hvad er en DAC?" det er værd at bemærke andre metoder (for eksempel baseret på delta-sigma-modulation). De skaber et pulsdensitetsmoduleret output, der på samme måde kan filtreres for at producere et jævnt varierende signal.
Ifølge Nyquist-Shannon-samplingsætningen kan DAC'en rekonstruere den oprindelige vibration fra de samplede data, forudsat at dens penetrationszone opfylder visse krav (for eksempel en basebåndimpuls med en lavere linjetæthed). Den digitale prøve repræsenterer kvantiseringsfejlen, der vises som lavniveaustøj i det rekonstruerede signal.
Forenklet funktionsdiagram af et 8-bit værktøj
Det er værd at bemærke med det samme, at den mest populære model er Real Cable NANO-DAC digital-til-analog-konverteren. DAC'en er en del af en avanceret teknologi, der har ydet et væsentligt bidrag til den digitale revolution. For at illustrere, overvej typiske langdistancetelefonopkald.
Opkalderens stemme konverteres til et analogt elektrisk signal ved hjælp af en mikrofon, og derefter ændres denne puls til en digital stream sammen med DAC'en. Derefter opdeles sidstnævnte i netværkspakker, hvor det kan sendes sammen med andre digitale data. Og det er måske ikke nødvendigvis lyd.
Så pakkeraccepteres på destinationen, men hver af dem kan tage en helt anden rute og ikke engang nå frem til destinationen i den rigtige rækkefølge og på det rigtige tidspunkt. De digitale stemmedata udtrækkes derefter fra pakkerne og samles til en fælles datastrøm. DAC'en konverterer dette tilbage til et analogt elektrisk signal, der driver en lydforstærker (såsom Real Cable NANO-DAC digital-til-analog-konverteren). Og han aktiverer til gengæld højttaleren, som til sidst giver den nødvendige lyd.
Audio
De fleste moderne akustiske signaler er lagret digit alt (f.eks. MP3 og CD). For at blive hørt gennem højttalerne skal de omdannes til en lignende impuls. Så du kan finde en digital-til-analog konverter til tv, cd-afspiller, digitale musiksystemer og pc-lydkort.
Dedikerede enkeltstående DAC'er kan også findes i højkvalitets Hi-Fi-systemer. De tager typisk den digitale udgang fra en kompatibel CD-afspiller eller et dedikeret køretøj og konverterer signalet til en analog udgang på linjeniveau, som derefter kan føres ind i en forstærker for at drive højttalere.
Lignende D/A-konvertere kan findes i digitale kolonner såsom USB-højttalere og lydkort.
I Voice over IP-applikationer skal kilden først digitaliseres til transmission, så den konverteres via en ADC og derefter konverteres til analog ved hjælp af en DAC påden modtagende part. Denne metode bruges f.eks. til nogle digital-til-analog-konvertere (TV).
Billede
Sampling har en tendens til at fungere i en helt anden skala generelt på grund af den meget ikke-lineære respons fra både katodestrålerør (som langt størstedelen af digital videoproduktion er bestemt til) og det menneskelige øje ved hjælp af en gammakurve for at give udseendet af jævnt fordelte lysstyrketrin over hele displayets dynamiske område. Derfor er behovet for at bruge RAMDAC i computervideoapplikationer med en ret dyb farveopløsning, så det er upraktisk at skabe en hårdkodet værdi i DAC'en for hvert outputniveau for hver kanal (for eksempel ville en Atari ST eller Sega Genesis brug for 24 af disse værdier; et 24-bit videokort skal have 768).
I betragtning af denne iboende forvrængning er det ikke ualmindeligt, at en tv- eller videoprojektor sandfærdigt angives at have et lineært kontrastforhold (forskellen mellem det mørkeste og det lyseste outputniveau) på 1.000:1 eller mere. Dette svarer til 10 bits lydgengivelse, selvom den kun kan modtage signaler med 8-bit troskab og bruge et LCD-panel, der kun viser seks eller syv bit pr. kanal. DAC-anmeldelser offentliggøres på dette grundlag.
Videosignaler fra en digital kilde, såsom en computer, skal konverteres til analog form, hvis de skal vises på en skærm. Tilsvarende siden 2007indgange blev brugt hyppigere end digitale, men dette har ændret sig, da fladskærme med DVI- eller HDMI-forbindelser er blevet mere almindelige. En video-DAC er dog indbygget i enhver digital videoafspiller med de samme udgange. En digital-til-analog lydkonverter er norm alt integreret med en form for hukommelse (RAM), der indeholder reorganiseringstabeller til gammakorrektion, kontrast og lysstyrke for at skabe en armatur kaldet RAMDAC.
Enheden, der er fjernforbundet til DAC'en, er et digit alt styret potentiometer, der bruges til at opfange signalet.
Mekanisk design
For eksempel bruger IBM Selectric-skrivemaskinen allerede en ikke-manuel DAC til at drive bolden.
Digital-til-analog konverterkredsløb ser sådan ud.
Mekanisk enkelt-bit drev tager to positioner: en når den er tændt, den anden når den er slukket. Bevægelsen af flere enkeltbit-aktuatorer kan kombineres og vægtes af enheden uden tøven for at opnå mere nøjagtige trin.
Det er IBM Selectric-skrivemaskinen, der bruger sådan et system.
Hovedtyper af digital-til-analog-konvertere
- Pulsbreddemodulator, hvor en stabil strøm eller spænding skiftes til et analogt lavpasfilter med en varighed bestemt af en digital indgangskode. Denne metode bruges ofte til at styre motorhastighed og dæmpe LED-lys.
- Digital til analog lydkonverter medoversampling eller interpolering af DAC'er, såsom dem, der bruger delta-sigma-modulation, bruger pulsdensitetsvariationsmetoden. Hastigheder over 100 ksample pr. sekund (f.eks. 180 kHz) og 28-bit opløsning er opnåelige med en delta-sigma-enhed.
- Et binært vægtet element, der indeholder separate elektriske komponenter for hver DAC-bit forbundet til summeringspunktet. Det er hende, der kan lægge operationsforstærkeren sammen. Kildens strømstyrke er proportional med vægten af den bit, som den svarer til. Således lægges alle bits af koden, der ikke er nul, til vægten. Dette skyldes, at de har den samme spændingskilde til deres rådighed. Dette er en af de hurtigste konverteringsmetoder, men den er ikke perfekt. Da der er et problem: lav troværdighed på grund af de store data, der kræves for hver enkelt spænding eller strøm. Sådanne højpræcisionskomponenter er dyre, så denne type model er norm alt begrænset til 8-bit opløsning eller endnu mindre. Den switchede modstand har til formål at digital-til-analog konvertere i parallelle netværkskilder. Individuelle instanser er forbundet til elektricitet baseret på en digital indgang. Funktionsprincippet for denne type digital-til-analog-konverter ligger i DAC'ens switchede strømkilde, hvorfra forskellige taster vælges baseret på et numerisk input. Den inkluderer en synkron kondensatorlinje. Disse enkelte elementer forbindes eller afbrydes ved hjælp af en speciel mekanisme (fod), der er placeret nær alle stik.
- Digital-til-analog trappeomformeretype, som er et binært vægtet element. Det bruger til gengæld en gentagende struktur af de kaskadede modstandsværdier R og 2R. Dette forbedrer nøjagtigheden på grund af den relative lette fremstilling af den samme nominelle mekanisme (eller nuværende kilder).
- Sekventiel fremrykning eller cyklisk DAC, der bygger output én efter én under hvert trin. Individuelle bits af et digit alt input behandles af alle stik, indtil hele objektet er medregnet.
- Termometer er en kodet DAC, der indeholder en ens modstand eller strømkildesegment for hver mulig værdi af DAC-udgangen. Et 8-bit termometer DAC vil have 255 elementer, og et 16-bit termometer DAC vil have 65.535 dele. Dette er måske den hurtigste og mest nøjagtige DAC-arkitektur, men på bekostning af høje omkostninger. Med denne type DAC er der opnået konverteringsrater på over én milliard prøver pr. sekund.
- Hybride DAC'er, der bruger en kombination af ovenstående metoder i en enkelt konverter. De fleste DAC IC'er er af denne type på grund af vanskeligheden ved at få lave omkostninger, høj hastighed og nøjagtighed på én enhed.
- Segmenteret DAC, der kombinerer princippet om termometerkodning for højere cifre og binær vægtning for lavere komponenter. På denne måde opnås et kompromis mellem nøjagtighed (ved hjælp af termometerkodningsprincippet) og antallet af modstande eller strømkilder (ved hjælp af binær vægtning). Dyb enhed med dobbelthandling betyder, at segmentering er 0 %, og design med fuld termometrisk kodning har 100 %.
De fleste DACS'er på denne liste er afhængige af en konstant spændingsreference for at skabe deres outputværdi. Alternativt accepterer den multiplicerende DAC AC-indgangsspænding for at konvertere dem. Dette pålægger yderligere designbegrænsninger på båndbredden af reorganiseringsordningen. Nu er det klart, hvorfor digital-til-analog-konvertere af forskellige typer er nødvendige.
Ydeevne
DAC'er er meget vigtige for systemets ydeevne. De vigtigste egenskaber ved disse enheder er opløsningen, der er skabt til brugen af en digital-til-analog konverter.
Antallet af mulige output-niveauer, som en DAC er designet til at spille, angives norm alt som antallet af bits, den bruger, hvilket er basis to-logaritmen af antallet af niveauer. For eksempel er en 1-bit DAC designet til at spille to kredsløb, mens en 8-bit DAC er designet til at spille 256 kredsløb. Polstringen er relateret til det effektive antal bit, som er et mål for den faktiske opløsning opnået af DAC'en. Opløsning bestemmer farvedybden i videoapplikationer og lydbithastigheden i lydenheder.
Maksimal frekvens
Måling af den hurtigste hastighed et DAC-kredsløb kan fungere ved og stadig producere det korrekte output bestemmer forholdet mellem det og båndbredden af det samplede signal. Som nævnt ovenfor, sætningenNyquist-Shannon samples relaterer kontinuerlige og diskrete signaler og hævder, at ethvert signal kan rekonstrueres med enhver nøjagtighed fra dets diskrete registreringer.
Monotonicity
Dette koncept refererer til DAC'ens analoge outputs evne til kun at bevæge sig i den retning, som den digitale input bevæger sig. Denne egenskab er meget vigtig for DAC'er, der bruges som en lavfrekvent signalkilde.
Total harmonisk forvrængning og støj (THD + N)
Måling af forvrængning og fremmede lyde, der indføres af DAC'en i signalet, udtrykt som en procentdel af den samlede mængde uønsket harmonisk forvrængning og støj, der ledsager det ønskede signal. Dette er en meget vigtig funktion til dynamiske og lavt output DAC-applikationer.
Range
Et mål for forskellen mellem de største og mindste signaler, en DAC kan gengive, udtrykt i decibel, er norm alt relateret til opløsning og støjniveau.
Andre målinger såsom faseforvrængning og jitter kan også være meget vigtige for nogle applikationer. Der er dem (f.eks. trådløs datatransmission, kompositvideo), der endda kan stole på nøjagtig modtagelse af fasejusterede signaler.
Lineær PCM-lydsampling fungerer typisk med en opløsning på hver bit svarende til seks decibels amplitude (fordobling af lydstyrken eller nøjagtigheden).
Ikke-lineære PCM-kodninger (A-law / Μ-law, ADPCM, NICAM) forsøger at forbedre deres effektive dynamiske områder på forskellige måder -logaritmiske trinstørrelser mellem outputlydniveauerne repræsenteret af hver bit data.
Klassificering af digital-til-analog-konvertere
Klassificering efter ikke-linearitet opdeler dem i:
- Særlig ikke-linearitet, som viser, hvordan to nabokodeværdier afviger fra det perfekte 1 LSB-trin.
- Kumuleret ikke-linearitet angiver, hvor langt DAC-transmissionen afviger fra ideal.
Så den ideelle funktion er norm alt en lige linje. INL viser, hvor meget den faktiske spænding ved en given kodeværdi afviger fra denne linje i de mindst signifikante bits.
Boost
I sidste ende er støj begrænset af termisk brummen genereret af passive komponenter såsom modstande. Til lydapplikationer og ved stuetemperatur er dette typisk lige under 1 µV (mikrovolt) hvidt signal. Dette begrænser ydeevnen til mindre end 20 bit, selv i 24-bit DAC'er.
Ydeevne i frekvensdomænet
Spurious-free dynamic range (SFDR) angiver i dB forholdet mellem det konverterede hovedsignals styrker og det største uønskede overskridelse.
Noise Distortion Ratio (SNDR) angiver i dB effektegenskaben for den konverterede hovedlyd til dens sum.
Total harmonisk forvrængning (THD) er summen af potenserne af alle HDi.
Hvis den maksimale DNL-fejl er mindre end 1 LSB, er digital-til-analog-konverteren garanteretvil være ensartet. Imidlertid kan mange monotone instrumenter have en maksimal DNL større end 1 LSB.
Tidsdomæneydelse:
- Glitch-impulszone (glitch-energi).
- Usikkerhed om svaret.
- Ulinearitetstid (TNL).
DAC Basic Operations
En analog-til-digital-konverter tager et nøjagtigt tal (oftest et binært tal med fast punkt) og konverterer det til en fysisk størrelse (såsom spænding eller tryk). DAC'er bruges ofte til at omorganisere tidsseriedata med begrænset præcision til et konstant skiftende fysisk signal.
Den ideelle D/A-konverter tager abstrakte tal fra et tog af impulser, som derefter behandles ved hjælp af en form for interpolation for at udfylde data mellem signaler. En konventionel digital-til-analog konverter sætter tallene i en stykkevis konstant funktion bestående af en sekvens af rektangulære værdier, som er modelleret med nul-ordens hold.
Konverteren gendanner de originale signaler, så dens båndbredde opfylder visse krav. Digital sampling er ledsaget af kvantiseringsfejl, der skaber lavt støjniveau. Det er ham, der føjes til det genoprettede signal. Den mindste amplitude af en analog lyd, der kan få en digital lyd til at ændre sig, kaldes den mindst signifikante bit (LSB). Og fejlen (afrunding), der opstår mellem de analoge og digitale signaler,kaldes kvantiseringsfejl.
