U elektronici, DAC kolo je vrsta sistema. Ona je ta koja pretvara digitalni signal u analogni.
Postoji nekoliko DAC kola. Pogodnost za određenu aplikaciju određena je metrikom kvaliteta uključujući rezoluciju, maksimalnu brzinu uzorkovanja i ostalo.
Digitalno-analogna konverzija može degradirati slanje signala, pa je potrebno pronaći instrument koji ima manje greške u pogledu primjene.
Prijave
DAC-i se obično koriste u muzičkim plejerima za pretvaranje numeričkih tokova informacija u analogne audio signale. Takođe se koriste u televizorima i mobilnim telefonima za pretvaranje video podataka u video signale, odnosno, koji su povezani sa drajverima ekrana za prikaz monohromatskih ili višebojnih slika.
Upravo ove dvije aplikacije koriste DAC kola na suprotnim krajevima kompromisa između gustine i broja piksela. Audio je tip niske frekvencije sa visokom rezolucijom, a video je varijanta visoke frekvencije sa niskom do srednjom slikom.
Zbog složenosti i potrebe za pažljivo usklađenim komponentama, svi osim najspecijaliziranijih DAC-ova implementirani su kao integrirana kola (IC). Diskretne veze su tipično izuzetno brze, niske rezolucije, koje štede energiju i koje se koriste u vojnim radarskim sistemima. Oprema za testiranje velike brzine, posebno osciloskopi za uzorkovanje, također mogu koristiti diskretne DAC-ove.
Pregled
Polu-konstantni izlaz konvencionalnog nefiltriranog DAC-a ugrađen je u gotovo svaki uređaj, a početna slika ili konačni propusni opseg dizajna izglađuje odziv visine tona u kontinuiranu krivu.
Odgovarajući na pitanje: “Šta je DAC?”, vrijedno je napomenuti da ova komponenta pretvara apstraktni broj konačne preciznosti (obično binarnu cifru fiksne tačke) u fizičku vrijednost (na primjer, napon ili pritisak). Konkretno, D/A konverzija se često koristi za promjenu podataka vremenske serije u fizički signal koji se kontinuirano mijenja.
Idealni DAC pretvara apstraktne cifre u konceptualni niz impulsa, koji se zatim obrađuju filterom za rekonstrukciju, koristeći neki oblik interpolacije za popunjavanje podataka između impulsa. Obicnopraktičan digitalno-analogni pretvarač mijenja brojeve u konstantnu funkciju koja se sastoji od niza pravokutnih uzoraka koji se kreiraju držeći nulti red. Takođe, odgovarajući na pitanje "Šta je DAC?" vrijedno je napomenuti i druge metode (na primjer, bazirane na delta-sigma modulaciji). Oni stvaraju modulirani izlaz gustine impulsa koji se može slično filtrirati kako bi proizveo signal koji se glatko mijenja.
Prema Nyquist-Shannonovoj teoremi uzorkovanja, DAC može rekonstruisati originalnu vibraciju iz uzorkovanih podataka, pod uslovom da njegova zona penetracije ispunjava određene zahtjeve (na primjer, puls osnovnog pojasa sa nižom gustinom linije). Digitalni uzorak predstavlja grešku kvantizacije, koja se pojavljuje kao šum niskog nivoa u rekonstruisanom signalu.
Pojednostavljeni dijagram funkcija 8-bitnog alata
Vrijedi odmah napomenuti da je najpopularniji model Real Cable NANO-DAC digitalno-analogni pretvarač. DAC je dio napredne tehnologije koja je dala značajan doprinos digitalnoj revoluciji. Za ilustraciju, razmotrite tipične telefonske pozive na daljinu.
Glas pozivaoca se konvertuje u analogni električni signal pomoću mikrofona, a zatim se ovaj impuls menja u digitalni tok zajedno sa DAC-om. Nakon toga, potonji se dijeli na mrežne pakete, gdje se može poslati zajedno s drugim digitalnim podacima. I ne mora nužno biti audio.
Zatim paketisu prihvaćeni na odredištu, ali svaki od njih može krenuti potpuno drugom rutom, pa čak ni ne stići do odredišta u ispravnom redoslijedu iu točno vrijeme. Digitalni glasovni podaci se zatim izdvajaju iz paketa i sastavljaju u zajednički tok podataka. DAC to ponovo pretvara u analogni električni signal koji pokreće audio pojačalo (kao što je Real Cable NANO-DAC digitalno-analogni pretvarač). A on, zauzvrat, aktivira zvučnik, koji konačno proizvodi potreban zvuk.
Audio
Većina modernih akustičnih signala se pohranjuje digitalno (npr. MP3 i CD). Da bi se čuli kroz zvučnike, moraju se pretvoriti u sličan impuls. Tako možete pronaći digitalno-analogni pretvarač za TV, CD plejer, digitalne muzičke sisteme i PC zvučne kartice.
Namjenski samostalni DAC-ovi se također mogu naći u visokokvalitetnim Hi-Fi sistemima. Oni obično uzimaju digitalni izlaz kompatibilnog CD plejera ili namenskog vozila i pretvaraju signal u analogni izlaz na linijskom nivou koji se zatim može uneti u pojačalo za pokretanje zvučnika.
Slični D/A pretvarači se mogu naći u digitalnim kolonama kao što su USB zvučnici i zvučne kartice.
U Voice over IP aplikacijama, izvor se prvo mora digitalizirati za prijenos, tako da se konvertuje preko ADC-a, a zatim pretvara u analogni koristeći DAC nastrana koja prima. Na primjer, ova metoda se koristi za neke digitalno-analogne pretvarače (TV).
Slika
Uzorkovanje ima tendenciju da radi na potpuno drugačijoj skali sveukupno, zbog izrazito nelinearnog odziva i katodnih cijevi (kojima je namijenjena velika većina digitalne video produkcije) i ljudskog oka, koristeći gama krivulja kako bi se pružio izgled ravnomjerno raspoređenih koraka svjetline u cijelom dinamičkom rasponu displeja. Otuda potreba za korištenjem RAMDAC-a u kompjuterskim video aplikacijama s prilično dubokom rezolucijom boja, tako da je nepraktično kreirati tvrdo kodiranu vrijednost u DAC-u za svaki izlazni nivo svakog kanala (na primjer, Atari ST ili Sega Genesis bi potrebno je 24 od ovih vrijednosti; 24-bitna video kartica bi trebala 768).
S obzirom na ovu inherentnu distorziju, nije neuobičajeno da se za TV ili video projektor istinito kaže da ima linearni omjer kontrasta (razlika između najtamnijeg i najsvjetlijeg izlaznog nivoa) od 1.000:1 ili više. Ovo je ekvivalentno 10 bita vjernosti zvuka, čak i ako može primati samo signale sa 8-bitnom vjernošću i koristiti LCD panel koji prikazuje samo šest ili sedam bita po kanalu. DAC recenzije se objavljuju na osnovu toga.
Video signali iz digitalnog izvora kao što je kompjuter moraju se konvertovati u analogni oblik ako se žele prikazati na monitoru. Slično od 2007ulazi su se koristili češće od digitalnih, ali to se promijenilo kako su ravni ekrani sa DVI ili HDMI konekcijama postali češći. Međutim, video DAC je ugrađen u bilo koji digitalni video plejer sa istim izlazima. Digitalno-analogni audio pretvarač je obično integriran s nekom vrstom memorije (RAM) koja sadrži tablice reorganizacije za gama korekciju, kontrast i svjetlinu kako bi se stvorio uređaj koji se zove RAMDAC.
Uređaj koji je daljinski spojen na DAC je digitalno kontrolisani potenciometar koji se koristi za hvatanje signala.
Mehanički dizajn
Na primjer, IBM Selectric pisaća mašina već koristi neručni DAC za pokretanje lopte.
Kolo digitalno-analognog pretvarača izgleda ovako.
Jednobitni mehanički pogon zauzima dva položaja: jedan kada je uključen, drugi kada je isključen. Pokret višestrukih pokretača sa jednim bitom može se kombinovati i težiti od strane uređaja bez oklijevanja kako bi se dobili precizniji koraci.
Takav sistem koristi pisaća mašina IBM Selectric.
Glavni tipovi digitalno-analognih pretvarača
- Modulator širine impulsa gdje se stabilna struja ili napon prebacuje u niskopropusni analogni filter sa trajanjem određenim digitalnim ulaznim kodom. Ova metoda se često koristi za kontrolu brzine motora i prigušivanje LED svjetla.
- Digitalno analogni audio konverter saDAC-ovi za preduzorkovanje ili interpolaciju, kao što su oni koji koriste delta-sigma modulaciju, koriste metodu varijacije gustine impulsa. Brzine preko 100 kample u sekundi (npr. 180 kHz) i 28-bitna rezolucija se mogu postići sa delta-sigma uređajem.
- Binarni ponderisani element koji sadrži odvojene električne komponente za svaki DAC bit povezan na tačku sumiranja. Ona je ta koja može sabrati operativno pojačalo. Jačina struje izvora je proporcionalna težini bita kojem odgovara. Dakle, svi bitovi koda različiti od nule se dodaju težini. To je zato što imaju na raspolaganju isti izvor napona. Ovo je jedna od najbržih metoda konverzije, ali nije savršena. Budući da postoji problem: niska vjernost zbog velikih podataka potrebnih za svaki pojedinačni napon ili struju. Takve precizne komponente su skupe, pa je ovaj tip modela obično ograničen na 8-bitnu rezoluciju ili čak i manje. Komutirani otpornik ima svrhu digitalno-analognih pretvarača u paralelnim mrežnim izvorima. Pojedinačne instance su priključene na struju na osnovu digitalnog ulaza. Princip rada ovog tipa digitalno-analognog pretvarača leži u komutiranom izvoru struje DAC-a, iz kojeg se biraju različiti ključevi na osnovu numeričkog ulaza. Uključuje sinhroni kondenzatorski vod. Ovi pojedinačni elementi se spajaju ili rastavljaju pomoću posebnog mehanizma (noge) koji se nalazi u blizini svih utikača.
- Digitalno-analogni pretvarači stepenicatip, koji je binarno ponderisani element. On, zauzvrat, koristi ponavljajuću strukturu kaskadnih vrijednosti otpornika R i 2R. Ovo poboljšava preciznost zbog relativne lakoće izrade mehanizma iste nominalne vrijednosti (ili izvora struje).
- Sekvencijalno napredovanje ili ciklični DAC koji gradi izlaz jedan po jedan tokom svakog koraka. Pojedinačni bitovi digitalnog ulaza se obrađuju od strane svih konektora dok se cijeli objekt ne obračuna.
- Termometar je kodirani DAC koji sadrži jednak otpornik ili segment izvora struje za svaku moguću vrijednost DAC izlaza. 8-bitni termometar DAC će imati 255 elemenata, a 16-bitni termometar DAC će imati 65.535 dijelova. Ovo je možda najbrža i najpreciznija DAC arhitektura, ali na račun visoke cijene. Sa ovom vrstom DAC-a, postignute su stope konverzije od preko milijardu uzoraka u sekundi.
- Hibridni DAC-ovi koji koriste kombinaciju gore navedenih metoda u jednom pretvaraču. Većina DAC IC-ova je ovog tipa zbog teškoća dobijanja niske cijene, velike brzine i preciznosti u jednom uređaju.
- Segmentirani DAC koji kombinuje princip kodiranja termometra za više cifre i binarno ponderisanje za niže komponente. Na ovaj način se postiže kompromis između tačnosti (koristeći princip kodiranja termometra) i broja otpornika ili izvora struje (koristeći binarno ponderisanje). Duboki uređaj sa duplimakcija znači da je segmentacija 0%, a dizajn s punim termometričkim kodiranjem ima 100%.
Većina DACS-a na ovoj listi oslanja se na referencu konstantnog napona da kreira svoju izlaznu vrijednost. Alternativno, DAC za množenje prihvata ulazni napon naizmenične struje da ih pretvori. Ovo nameće dodatna ograničenja dizajna na propusni opseg šeme reorganizacije. Sada je jasno zašto su potrebni digitalno-analogni pretvarači različitih tipova.
performans
DAC-ovi su veoma važni za performanse sistema. Najznačajnija karakteristika ovih uređaja je rezolucija koja se kreira za korištenje digitalno-analognog pretvarača.
Broj mogućih izlaznih nivoa koji je DAC dizajniran da reprodukuje obično se navodi kao broj bitova koje koristi, što je dva osnovna logaritma broja nivoa. Na primjer, 1-bitni DAC je dizajniran za reprodukciju dva kola, dok je 8-bitni DAC dizajniran za reprodukciju 256 kola. Pading se odnosi na efektivni broj bitova, koji je mjera stvarne rezolucije koju postiže DAC. Rezolucija određuje dubinu boje u video aplikacijama i audio bitrate u audio uređajima.
Maksimalna frekvencija
Mjerenje najbrže brzine kojom DAC kolo može raditi i još uvijek proizvodi ispravan izlaz određuje odnos između njega i propusnog opsega uzorkovanog signala. Kao što je gore navedeno, teoremaNyquist-Shannon uzorci povezuju kontinuirane i diskretne signale i tvrdi da se svaki signal može rekonstruisati sa bilo kojom tačnošću iz njegovih diskretnih zapisa.
Monotoničnost
Ovaj koncept se odnosi na sposobnost analognog izlaza DAC-a da se kreće samo u smjeru u kojem se kreće digitalni ulaz. Ova karakteristika je veoma važna za DAC-ove koji se koriste kao izvor signala niske frekvencije.
Ukupna harmonijska distorzija i šum (THD + N)
Mjerenje izobličenja i stranih zvukova koje DAC unosi u signal, izraženo kao postotak ukupne količine neželjenog harmonijskog izobličenja i šuma koji prati željeni signal. Ovo je veoma važna karakteristika za dinamičke i niske izlazne DAC aplikacije.
Raspon
Mjera razlike između najvećeg i najmanjeg signala koji DAC može reproducirati, izražena u decibelima, obično je povezana sa rezolucijom i nivoom šuma.
Druga mjerenja kao što su fazna distorzija i podrhtavanje također mogu biti vrlo važna za neke primjene. Postoje oni (npr. bežični prijenos podataka, kompozitni video) koji se čak mogu osloniti na precizan prijem signala prilagođenih fazama.
Linearno PCM audio uzorkovanje obično radi na rezoluciji svakog bita koja je ekvivalentna šest decibela amplitude (udvostručavanje jačine zvuka ili tačnosti).
Nelinearni PCM kodiranja (A-law / Μ-zakon, ADPCM, NICAM) pokušavaju poboljšati svoje efektivne dinamičke opsege na različite načine -logaritamske veličine koraka između izlaznih audio nivoa predstavljenih svakim bitom podataka.
Klasifikacija digitalno-analognih pretvarača
Klasifikacija prema nelinearnosti ih dijeli na:
- Izrazita nelinearnost, koja pokazuje kako dvije susjedne vrijednosti koda odstupaju od savršenog koraka od 1 LSB.
- Kumulativna nelinearnost pokazuje koliko daleko DAC prijenos odstupa od idealnog.
Dakle, idealna karakteristika je obično ravna linija. INL pokazuje koliko se stvarni napon na datoj vrijednosti koda razlikuje od ove linije u najmanjim bitovima.
Pojačavanje
Na kraju, šum je ograničen termičkim zujanjem koje stvaraju pasivne komponente kao što su otpornici. Za audio aplikacije i na sobnoj temperaturi, to je obično nešto ispod 1 µV (mikrovolt) bijelog signala. Ovo ograničava performanse na manje od 20 bita čak iu 24-bitnim DAC-ovima.
Učinak u frekvencijskom domenu
Dinamički opseg bez lažnih (SFDR) pokazuje u dB omjer snaga konvertovanog glavnog signala i najvećeg neželjenog prekoračenja.
Noise Distortion Ratio (SNDR) pokazuje u dB svojstvo snage konvertovanog glavnog zvuka u njegovu sumu.
Totalna harmonijska distorzija (THD) je zbir snaga svih HDi.
Ako je maksimalna DNL greška manja od 1 LSB, onda je digitalno-analogni pretvarač zagarantovanbiće ujednačen. Međutim, mnogi monotoni instrumenti mogu imati maksimalan DNL veći od 1 LSB.
Performanse vremenske domene:
- Glitch impulsna zona (energija greške).
- Neizvjesnost odgovora.
- Vrijeme nelinearnosti (TNL).
DAC Basic Operations
Analogno-digitalni pretvarač uzima tačan broj (najčešće binarni broj sa fiksnom tačkom) i pretvara ga u fizičku veličinu (kao što je napon ili pritisak). DAC-ovi se često koriste za reorganizaciju podataka ograničene preciznosti vremenskih serija u fizički signal koji se kontinuirano mijenja.
Idealni D/A pretvarač uzima apstraktne brojeve iz niza impulsa, koji se zatim obrađuju koristeći formu interpolacije za popunjavanje podataka između signala. Konvencionalni digitalno-analogni pretvarač stavlja brojeve u konstantnu funkciju po komadima koja se sastoji od niza pravokutnih vrijednosti, koji je modeliran sa zadržavanjem nultog reda.
Pretvarač vraća originalne signale tako da njegov propusni opseg zadovoljava određene zahtjeve. Digitalno uzorkovanje je praćeno greškama kvantizacije koje stvaraju nizak nivo šuma. On je taj koji se dodaje obnovljenom signalu. Minimalna amplituda analognog zvuka koja može uzrokovati promjenu digitalnog zvuka naziva se najmanji značajan bit (LSB). I greška (zaokruživanje) koja se javlja između analognog i digitalnog signala,se zove greška kvantizacije.
