Inom elektronik är DAC-kretsen ett slags system. Det är hon som omvandlar den digitala signalen till analog.
Det finns flera DAC-kretsar. Lämpligheten för en viss applikation bestäms av kvalitetsmått, inklusive upplösning, maximal samplingsfrekvens och annat.
Digital-till-analog konvertering kan försämra sändningen av signalen, så det är nödvändigt att hitta ett instrument som har mindre fel när det gäller applikationen.
Applications
DAC:er används vanligtvis i musikspelare för att konvertera numeriska informationsströmmar till analoga ljudsignaler. De används också i tv-apparater och mobiltelefoner för att omvandla videodata till respektive videosignaler, som är anslutna till skärmdrivrutiner för att visa monokromatiska eller flerfärgade bilder.
Det är dessa två applikationer som använder DAC-kretsar i motsatta ändar av kompromissen mellan densitet och pixelantal. Ljud är en lågfrekvent typ med hög upplösning och video är en högfrekvent variant med en låg till medium bild.
På grund av komplexiteten och behovet av noggrant matchade komponenter, implementeras alla utom de mest specialiserade DAC:erna som integrerade kretsar (IC). Diskreta länkar är vanligtvis extremt snabba, lågupplösta, energibesparande typer som används i militära radarsystem. Testutrustning för mycket hög hastighet, särskilt samplingsoscilloskop, kan också använda diskreta DAC:er.
Översikt
Den semi-konstanta utsignalen från en konventionell ofiltrerad DAC är inbyggd i nästan vilken enhet som helst, och designens initiala bild eller slutliga bandbredd jämnar ut tonhöjdssvaret till en kontinuerlig kurva.
För att svara på frågan: "Vad är en DAC?", är det värt att notera att denna komponent omvandlar ett abstrakt antal ändlig precision (vanligtvis en binär fastpunktssiffra) till ett fysiskt värde (till exempel spänning eller tryck). I synnerhet används D/A-konvertering ofta för att ändra tidsseriedata till en ständigt föränderlig fysisk signal.
Den idealiska DAC:n omvandlar abstrakta siffror till ett konceptuellt tåg av pulser, som sedan bearbetas av ett rekonstruktionsfilter, med någon form av interpolation för att fylla i data mellan pulserna. Vanligen praktisk digital-till-analog-omvandlare ändrar talen till en styckvis konstant funktion som består av en sekvens av rektangulära mönster som skapas med nollte ordningen. Svara också på frågan "Vad är en DAC?" det är värt att notera andra metoder (till exempel baserade på delta-sigma-modulering). De skapar en pulsdensitetsmodulerad utgång som kan filtreras på liknande sätt för att producera en jämnt varierande signal.
Enligt Nyquist-Shannons samplingssats kan DAC:n rekonstruera den ursprungliga vibrationen från samplade data, förutsatt att dess penetrationszon uppfyller vissa krav (till exempel en basbandspuls med lägre linjedensitet). Det digitala samplet representerar kvantiseringsfelet, som uppträder som lågnivåbrus i den rekonstruerade signalen.
Förenklat funktionsdiagram för ett 8-bitars verktyg
Det är värt att genast notera att den mest populära modellen är Real Cable NANO-DAC digital-till-analog-omvandlaren. DAC:n är en del av en avancerad teknik som har gjort ett betydande bidrag till den digitala revolutionen. För att illustrera, överväg typiska långdistanstelefonsamtal.
Uppringarens röst omvandlas till en analog elektrisk signal med hjälp av en mikrofon, och sedan ändras denna puls till en digital ström tillsammans med DAC. Därefter delas det senare upp i nätverkspaket, där det kan skickas tillsammans med annan digital data. Och det kanske inte nödvändigtvis är ljud.
Sedan paketaccepteras på destinationen, men var och en av dem kan ta en helt annan väg och inte ens nå destinationen i rätt ordning och vid rätt tidpunkt. Den digitala röstdatan extraheras sedan från paketen och sätts samman till en gemensam dataström. DAC:n omvandlar tillbaka detta till en analog elektrisk signal som driver en ljudförstärkare (som Real Cable NANO-DAC digital-till-analog-omvandlaren). Och han i sin tur aktiverar högtalaren, som till slut producerar det nödvändiga ljudet.
Audio
De flesta moderna akustiska signaler lagras digit alt (t.ex. MP3 och CD). För att höras genom högtalarna måste de omvandlas till en liknande impuls. Så du kan hitta en digital-till-analog-omvandlare för TV, CD-spelare, digitala musiksystem och PC-ljudkort.
Dedikerade fristående DAC:er kan också hittas i högkvalitativa Hi-Fi-system. De tar vanligtvis den digitala utgången från en kompatibel CD-spelare eller ett dedikerat fordon och omvandlar signalen till en analog utgång på linjenivå som sedan kan matas in i en förstärkare för att driva högtalare.
Liknande D/A-omvandlare finns i digitala kolumner som USB-högtalare och ljudkort.
I Voice over IP-applikationer måste källan först digitaliseras för överföring, så den konverteras via en ADC och konverteras sedan till analog med en DAC påden mottagande parten. Den här metoden används till exempel för vissa digital-till-analog-omvandlare (TV).
Bild
Sampling tenderar att fungera i en helt annan skala överlag, på grund av den mycket icke-linjära responsen från både katodstrålerör (som den stora majoriteten av digital videoproduktion har varit avsedd för) och det mänskliga ögat, med hjälp av en gammakurva för att ge utseendet av jämnt fördelade ljusstyrkesteg över hela skärmens dynamiska omfång. Därav behovet av att använda RAMDAC i datorvideoapplikationer med en ganska djup färgupplösning, så att det är opraktiskt att skapa ett hårdkodat värde i DAC för varje utgångsnivå för varje kanal (till exempel skulle en Atari ST eller Sega Genesis behöver 24 av dessa värden; ett 24-bitars grafikkort skulle behöva 768).
Med tanke på denna inneboende förvrängning är det inte ovanligt att en TV- eller videoprojektor sanningsenligt anges ha ett linjärt kontrastförhållande (skillnaden mellan de mörkaste och ljusaste utgångsnivåerna) på 1 000:1 eller mer. Detta motsvarar 10 bitars ljudtrohet, även om den bara kan ta emot signaler med 8-bitars trohet och använda en LCD-panel som bara visar sex eller sju bitar per kanal. DAC-recensioner publiceras på denna grund.
Videosignaler från en digital källa som en dator måste konverteras till analog form om de ska visas på en bildskärm. Liknande sedan 2007ingångar användes oftare än digitala, men detta har förändrats eftersom platta bildskärmar med DVI- eller HDMI-anslutningar har blivit vanligare. En video-DAC är dock inbyggd i alla digitala videospelare med samma utgångar. En digital-till-analog ljudomvandlare är vanligtvis integrerad med något slags minne (RAM) som innehåller omorganiseringstabeller för gammakorrigering, kontrast och ljusstyrka för att skapa en fixtur som kallas RAMDAC.
Enheten som är fjärransluten till DAC:n är en digit alt styrd potentiometer som används för att fånga upp signalen.
Mekanisk design
Till exempel använder IBM Selectric-skrivmaskinen redan en icke-manuell DAC för att driva bollen.
Digital-till-analog-omvandlarkretsen ser ut så här.
Enbits mekanisk drivning tar två lägen: en när den är påslagen, den andra när den är avstängd. Rörelsen av flera enbitars ställdon kan kombineras och viktas av enheten utan att tveka för att få mer exakta steg.
Det är IBM Selectric-skrivmaskinen som använder ett sådant system.
Huvudtyper av digital-till-analog-omvandlare
- Pulsbreddsmodulator där en stabil ström eller spänning omkopplas till ett analogt lågpassfilter med en varaktighet som bestäms av en digital ingångskod. Denna metod används ofta för att styra motorhastigheten och dämpa LED-ljus.
- Digital till analog ljudomvandlare medöversampling eller interpolering av DAC:er, såsom de som använder delta-sigmamodulering, använder pulsdensitetsvariationsmetoden. Hastigheter över 100 ksample per sekund (t.ex. 180 kHz) och 28-bitars upplösning kan uppnås med en delta-sigma-enhet.
- Ett binärt viktat element som innehåller separata elektriska komponenter för varje DAC-bit som är ansluten till summeringspunkten. Det är hon som kan lägga ihop operationsförstärkaren. Strömstyrkan hos källan är proportionell mot vikten av den bit som den motsvarar. Således läggs alla bitar som inte är noll i koden till vikten. Det beror på att de har samma spänningskälla till sitt förfogande. Detta är en av de snabbaste konverteringsmetoderna, men den är inte perfekt. Eftersom det finns ett problem: låg trohet på grund av den stora data som krävs för varje enskild spänning eller ström. Sådana högprecisionskomponenter är dyra, så denna typ av modell är vanligtvis begränsad till 8-bitars upplösning eller ännu mindre. Den switchade resistorn har till syfte att digital-till-analog-omvandlare i parallella nätverkskällor. Enskilda instanser kopplas till el baserat på en digital ingång. Funktionsprincipen för denna typ av digital-till-analog-omvandlare ligger i den omkopplade strömkällan för DAC, från vilken olika nycklar väljs baserat på en numerisk ingång. Den inkluderar en synkron kondensatorledning. Dessa enskilda element ansluts eller kopplas bort med hjälp av en speciell mekanism (fot) som är placerad nära alla pluggar.
- Digital-till-analog trappomvandlaretyp, som är ett binärt viktat element. Den använder i sin tur en repeterande struktur av de kaskadkopplade resistorvärdena R och 2R. Detta förbättrar noggrannheten på grund av den relativa lättheten att tillverka för samma klassade mekanism (eller nuvarande källor).
- Sekventiell förflyttning eller cyklisk DAC som bygger utsignalen en efter en under varje steg. Enskilda bitar av en digital ingång bearbetas av alla anslutningar tills hela objektet tas med i beräkningen.
- Termometer är en kodad DAC som innehåller ett lika motstånd eller strömkällasegment för varje möjligt värde på DAC-utgången. En 8-bitars termometer DAC kommer att ha 255 element, och en 16-bitars termometer DAC kommer att ha 65 535 delar. Detta är kanske den snabbaste och mest exakta DAC-arkitekturen, men på bekostnad av höga kostnader. Med denna typ av DAC har omvandlingsfrekvenser på över en miljard sampel per sekund uppnåtts.
- Hybrid-DAC som använder en kombination av ovanstående metoder i en enda omvandlare. De flesta DAC IC:er är av den här typen på grund av svårigheten att få låg kostnad, hög hastighet och noggrannhet i en enhet.
- Segmenterad DAC som kombinerar principen med termometerkodning för högre siffror och binär viktning för lägre komponenter. På så sätt uppnås en kompromiss mellan noggrannhet (med termometerkodningsprincipen) och antalet motstånd eller strömkällor (med binär viktning). Djup enhet med dubbelaction innebär att segmenteringen är 0 %, och design med fullständig termometrisk kodning har 100 %.
De flesta DACS på den här listan förlitar sig på en konstant spänningsreferens för att skapa sitt utvärde. Alternativt accepterar den multiplicerande DAC:n AC-ingångsspänning för att omvandla dem. Detta medför ytterligare designbegränsningar på bandbredden för omorganisationsschemat. Nu är det klart varför digital-till-analog-omvandlare av olika typer behövs.
Prestanda
DAC:er är mycket viktiga för systemets prestanda. De viktigaste egenskaperna hos dessa enheter är upplösningen som skapas för användning av en digital-till-analog-omvandlare.
Antalet möjliga utgångsnivåer som en DAC är designad för att spela anges vanligtvis som antalet bitar den använder, vilket är bas två-logaritmen för antalet nivåer. Till exempel är en 1-bits DAC utformad för att spela två kretsar, medan en 8-bitars DAC är utformad för att spela 256 kretsar. Utfyllnaden är relaterad till det effektiva antalet bitar, vilket är ett mått på den faktiska upplösningen som uppnås av DAC. Upplösningen avgör färgdjupet i videoapplikationer och ljudets bithastighet i ljudenheter.
Max frekvens
Att mäta den snabbaste hastigheten som en DAC-krets kan arbeta med och fortfarande producera korrekt utsignal bestämmer förhållandet mellan den och bandbredden för den samplade signalen. Som nämnts ovan, satsenNyquist-Shannon-samplingar relaterar kontinuerliga och diskreta signaler och hävdar att vilken signal som helst kan rekonstrueras med vilken noggrannhet som helst från dess diskreta poster.
Monotonicity
Detta koncept hänvisar till förmågan hos DAC:ns analoga utgång att endast röra sig i den riktning som den digitala ingången rör sig. Denna egenskap är mycket viktig för DAC:er som används som en lågfrekvent signalkälla.
Total harmonisk distorsion och brus (THD + N)
Mätning av distorsion och främmande ljud som introduceras av DAC i signalen, uttryckt som en procentandel av den totala mängden oönskad harmonisk distorsion och brus som åtföljer den önskade signalen. Detta är en mycket viktig funktion för dynamiska och lågutgående DAC-applikationer.
Range
Ett mått på skillnaden mellan de största och minsta signalerna en DAC kan återge, uttryckt i decibel, är vanligtvis relaterat till upplösning och brusnivå.
Andra mätningar som fasförvrängning och jitter kan också vara mycket viktiga för vissa applikationer. Det finns sådana (t.ex. trådlös dataöverföring, kompositvideo) som till och med kan lita på att korrekt ta emot fasjusterade signaler.
Linjär PCM-ljudsampling fungerar vanligtvis med en upplösning på varje bit som motsvarar sex decibels amplitud (fördubbling av volymen eller noggrannheten).
Icke-linjära PCM-kodningar (A-law / Μ-law, ADPCM, NICAM) försöker förbättra sina effektiva dynamiska intervall på olika sätt -logaritmiska stegstorlekar mellan utgående ljudnivåer som representeras av varje databit.
Klassificering av digital-till-analogomvandlare
Klassificering efter icke-linjäritet delar upp dem i:
- Distinkt olinjäritet, som visar hur två angränsande kodvärden avviker från det perfekta 1 LSB-steget.
- Kumulativ icke-linjäritet indikerar hur långt DAC-överföringen avviker från ideal.
Så den idealiska egenskapen är vanligtvis en rak linje. INL visar hur mycket den faktiska spänningen vid ett givet kodvärde skiljer sig från denna linje i de minst signifikanta bitarna.
Boost
I slutändan begränsas brus av termiskt brum som genereras av passiva komponenter som motstånd. För ljudapplikationer och vid rumstemperatur är detta vanligtvis strax under 1 µV (mikrovolt) vit signal. Detta begränsar prestandan till mindre än 20 bitar även i 24-bitars DAC.
Prestanda i frekvensdomänen
Spurious-free dynamic range (SFDR) indikerar i dB förhållandet mellan styrkorna för den konverterade huvudsignalen och den största oönskade översvängningen.
Noise Distortion Ratio (SNDR) indikerar i dB effektegenskapen för det konverterade huvudljudet till dess summa.
Total harmonisk distorsion (THD) är summan av styrkorna för alla HDi.
Om det maximala DNL-felet är mindre än 1 LSB, garanteras digital-till-analog-omvandlarenkommer att vara enhetlig. Men många monotona instrument kan ha en maximal DNL större än 1 LSB.
Tidsdomänprestanda:
- Glitchimpulszon (glitchenergi).
- Osäkerhet i svaret.
- Olinjäritetstid (TNL).
DAC Basic Operations
En analog-till-digital-omvandlare tar ett exakt tal (oftast ett binärt tal med fast punkt) och omvandlar det till en fysisk storhet (som spänning eller tryck). DAC:er används ofta för att omorganisera tidsseriedata med ändlig precision till en ständigt föränderlig fysisk signal.
Den idealiska D/A-omvandlaren tar abstrakta tal från ett tåg av pulser, som sedan bearbetas med hjälp av en form av interpolation för att fylla i data mellan signalerna. En konventionell digital-till-analog-omvandlare sätter siffrorna i en styckvis konstant funktion som består av en sekvens av rektangulära värden, som modelleras med nollordningens håll.
Omvandlaren återställer de ursprungliga signalerna så att dess bandbredd uppfyller vissa krav. Digital sampling åtföljs av kvantiseringsfel som skapar lågnivåbrus. Det är han som läggs till den återställda signalen. Den minsta amplituden för ett analogt ljud som kan få ett digit alt ljud att ändras kallas den minst signifikanta biten (LSB). Och felet (avrundning) som uppstår mellan de analoga och digitala signalerna,kallas kvantiseringsfel.
