W elektronice obwód przetwornika DAC jest osobliwym układem. Przetwarza sygnał cyfrowy na analogowy. Istnieje kilka układów DAC. Odpowiedniość dla konkretnego zastosowania zależy od wskaźników jakości, w tym uprawnień, maksymalnej częstotliwości próbkowania i innych. Konwersja cyfrowo-analogowa może pogorszyć sygnał, dlatego konieczne jest znalezienie takiego narzędzia, które ma niewielkie błędy pod względem zastosowania.
Załączniki
DAC są zwykle używane w odtwarzaczach muzycznych w celu odbudowy numerycznych strumieni danych w analogowych sygnałach audio. Ponadto są one stosowane w telewizorach i telefonach komórkowych w celu zmiany kolejności odpowiednio danych wideo w sygnałach wideo, które łączą się ze sterownikami ekranów w celu wyświetlania monochromatycznych lub kolorowych obrazów.
Te dwie aplikacje wykorzystują układy DAC na przeciwnych końcach kompromisu między gęstością a liczbą pikseli. Dźwięk ma niską częstotliwość i wysoką rozdzielczość, a wideo jest wariantem wysokiej częstotliwości z niskim i średnim obrazem. Ze względu na złożoność i potrzebę precyzyjnie dobranych komponentów, wszystkie, poza najbardziej wyspecjalizowanymi przetwornikami cyfrowymi, są implementowane w postaci układów scalonych (ang. Integrated circuits - IC). Dyskretna komunikacja to zazwyczaj bardzo szybkie, energooszczędne typy o niskiej rozdzielczości, stosowane w wojskowych systemach radarowych. Bardzo szybki testSprzęt, w szczególności oscyloskopy do pobierania próbek, może również wykorzystywać dyskretne przetworniki cyfrowo-analogowe.
Przegląd
półciągły wyjście filtru zwykły przetwornik wbudowany w niemal dowolnym urządzeniem, a oryginalny obraz lub końcowej pasma ocena Gładka etap ciągłej krzywej. Odpowiadając na pytanie: „Jaki jest DAC” Należy zauważyć, że składnik ten przekształca abstrakcyjny dokładność skończoną liczbę (zwykle cyfr binarnych o ustalonym punkcie) w wielkości fizycznej (np napięcia lub ciśnienia). W szczególności konwersja cyfrowo-analogowa jest często wykorzystywana do zmiany danych szeregów czasowych na stale zmieniający się sygnał fizyczny. Idealny przetwornik przekształca Streszczenie dane w koncepcji sekwencji impulsów, które następnie są przetwarzane z rekonstrukcją filtrem, z zastosowaniem pewnego rodzaju interpolacji wypełnić danych pomiędzy impulsami. Zwykły, praktyczny konwerter cyfrowo-analogowy konwertuje cyfry na funkcję ciągłego odcinania, składającą się z sekwencji modeli prostokątnych, które są tworzone z treścią o zerowym zamówieniu. Ponadto odpowiadając na pytanie: "Co to jest DAC?" Warto zwrócić uwagę na inne metody (na przykład oparte na modulacji delta-sigma). Generują one modulowane wyjście gęstości impulsów, które można filtrować w podobny sposób, aby uzyskać płynnie zmieniający się sygnał. Zgodnie z twierdzeniem Nyquista-Shannona, DAC może zrekonstruować początkowe wibracje z próbkowanych danych pod warunkiem, że jego strefa implementacjispełnia określone wymagania (na przykład puls głównego pasma częstotliwości o niskiej gęstości linii). Próbka cyfrowa reprezentuje błąd kwantyzacji, który objawia się jako niski poziom szumu w odzyskanym sygnale.
Należy od razu zauważyć, że najpopularniejszym modelem jest konwerter cyfrowo-analogowy NANO-DAC Real-Cable. DAC jest częścią zaawansowanej technologii, która wniosła znaczący wkład w rewolucję cyfrową. Aby to zilustrować, warto wziąć pod uwagę typowe połączenia międzystrefowe. Głos abonenta zamienia się w analogowy sygnał elektryczny za pomocą mikrofonu, a następnie ten pęd już się zmienia w strumieniu cyfrowym wraz z DAC. Ta ostatnia jest następnie dzielona na pakiety sieciowe, gdzie może być dostarczana z innymi danymi cyfrowymi. A to niekoniecznie musi być audio. Następnie pakiety są akceptowane w miejscu docelowym, ale każda z nich może podążać zupełnie inną trasą, a nawet nie docierać do celu w odpowiedniej kolejności i we właściwym czasie. Cyfrowe dane językowe są następnie wyodrębniane z pakietów i gromadzone w strumieniu danych ogólnych. DAC przekształca go z powrotem w analogowy sygnał elektryczny, który aktywuje wzmacniacz audio (na przykład konwerter cyfrowo-analogowy Real-Cable NANO-DAC). A on z kolei aktywuje głośnik, który w końcu wytwarza wymagany dźwięk.
Audio
Większość nowoczesnych sygnałów akustycznych jest przechowywanych cyfrowo (na przykład MP3 i CD). Aby móc je usłyszeć przez głośniki, należy je przekonwertować napodobny bodziec. W ten sposób można znaleźć konwerter cyfrowo-analogowy do telewizora, odtwarzacza CD, cyfrowego systemu muzycznego i karty dźwiękowej do komputera. Wyspecjalizowane autonomiczne przetworniki cyfrowo-analogowe można również znaleźć w wysokiej jakości systemach Hi-Fi. Zazwyczaj biorą cyfrowe wyjście kompatybilnego odtwarzacza CD lub dedykowanego transportu i konwersji sygnału analogowego wyjścia liniowego, które następnie mogą być przedłożone do wzmacniacza do sterowania głośnika. Podobne konwertery cyfrowo-analogowe można znaleźć w kolumnach cyfrowych, takich jak głośniki USB i karty dźwiękowe. W zastosowaniach, które wykorzystują transmisję głosu przez sieć IP, źródło musi być najpierw cyfrowych na przekładni, tak że ulega konwersji przez ADC, a następnie przekształca się do postaci analogowej przy użyciu przetwornika cyfrowo-analogowego po stronie odbiorczej. Na przykład ta metoda jest używana w niektórych konwerterach cyfrowo-analogowych (telewizorach).
Obrazy
próbek zwykle pracuje w zupełnie innej skali, na ogół, ze względu na odpowiedź bardzo nieliniowej jak kineskopy (co oznacza, większość prac na tworzenie cyfrowego wideo), i oka ludzkiego stosując krzywą gamma, aby zapewnić powstanie jednolitych Rozproszone poziomy jasności w całym dynamicznym zakresie wyświetlacza. Stąd potrzeba vydeoprylozhenyyah komputer RAMDAC z głębokim rozdzielczości tyle kolorów do tworzenia niepraktycznych zakodowanego wartości w DAC dla każdego źródłapoziom każdego kanału (na przykład dla Atari ST lub Sega Genesis będzie potrzebował 24 takich wartości, w przypadku karty wideo 24-bitowej potrzeba 768).
Biorąc pod uwagę to wrodzone zniekształcenie, w przypadku telewizora lub projektora wideo często stwierdza się zgodnie z prawdą, że współczynnik kontrastu liniowego (różnica między najciemniejszymi i najbardziej żywymi poziomami początkowymi) wynosi 1000: 1 lub więcej. Jest to odpowiednik 10 bitów lojalności dźwięku, nawet jeśli może odbierać sygnały tylko z 8-bitową precyzją i używać panelu LCD, który pokazuje tylko sześć lub siedem bitów na kanał. Na tej podstawie publikowane są opinie DAC. Sygnały wideo ze źródła cyfrowego, takiego jak komputer, muszą zostać przekonwertowane na postać analogową, jeśli są potrzebne do wyświetlenia na monitorze. Od 2007 roku podobne wejścia były używane częściej niż cyfrowe, ale to się zmieniło, ponieważ wyświetlacze z płaskim panelem z łączami DVI lub HDMI stają się bardziej powszechne. Jednak DAC dla wideo jest osadzony w dowolnym cyfrowym odtwarzaczu wideo z tymi samymi wyjściami. Konwerter audio cyfrowo-analogowy zazwyczaj integruje się z pewną pamięcią (pamięcią RAM), która zawiera tabele reorganizacji korekcji gamma, kontrastu i jasności w celu utworzenia urządzenia zwanego RAMDAC. Urządzenie zdalnie podłączone do przetwornika DAC to cyfrowy potencjometr sterujący używany do przechwytywania sygnału.
Konstrukcja mechaniczna
Na przykład w maszynie do pisania IBM Selectric używa już niekomputerowego przetwornika cyfrowo-analogowego do sterowania piłką. Obwód konwertera cyfrowo-analogowego wygląda tak. Mechanizm jednobitowy mechanicznynapęd zajmuje dwie pozycje: jedną po włączeniu, drugą po wyłączeniu. Ruch kilku siłowników jednobitowych można łączyć i ważone za pomocą urządzenia bez oscylacji w celu uzyskania bardziej precyzyjnych kroków. To maszyna do pisania IBM Selectric używa takiego systemu.
Podstawowe typy przetworników cyfrowo-analogowych
Modulator szerokopasmowy, w którym stabilny prąd lub napięcie są przełączane na filtr analogowy o niskiej częstotliwości, z czasem określonym przez wejściowy kod cyfrowy. Ta metoda jest często używana do kontrolowania prędkości silnika elektrycznego i ściemniania lamp LED.
Na przykład cyfrowy przetwornik analogowy lub interpolacyjny przetwornik cyfrowo-analogowy wykorzystuje modulację delta-sigma, używa metody zmiany gęstości impulsu. Prędkość ponad 100 000 próbek na sekundę (na przykład 180 kHz) i rozdzielczość 28 bitów można uzyskać za pomocą urządzenia delta-sigma.
Odważony element binarny, który zawiera oddzielne komponenty elektryczne dla każdego bitu przetwornika D /A podłączonego do punktu sumowania. To ona może tworzyć wzmacniacz operacyjny. Aktualna siła źródła jest proporcjonalna do ciężaru bitu, któremu odpowiada. W ten sposób wszystkie zerowe bity kodu są sumowane z wagą. Dzieje się tak, ponieważ mają to samo źródło napięcia. Jest to jeden z najszybszych sposobów konwersji, ale nie jest doskonały. Ponieważ istnieje problem: niska lojalność ze względu na duże dane wymagane dla każdego pojedynczego napięcia lubobecny. Takie precyzyjne komponenty są drogie, więc ten typ modelu jest zwykle ograniczony do rozdzielczości 8-bitowej lub nawet mniejszej. Rezystor przełączający ma na celu zastosowanie przetworników cyfrowo-analogowych w równoległych źródłach sieci. Poszczególne instancje są włączone do energii elektrycznej w oparciu o wejście cyfrowe. Zasada działania przetwornika cyfrowo-analogowego tego typu polega na przełączaniu źródła prądu przetwornika cyfrowo-analogowego, z którego wybierane są różne klawisze na podstawie danych liczbowych. Zawiera synchroniczną linię kondensatorów. Te pojedyncze jednostki są połączone lub odłączone za pomocą specjalnego mechanizmu (stopy), który znajduje się w pobliżu wszystkich wtyczek.
Cyfrowe przetworniki analogowo-analogowe typu stosu, który jest elementem ważonym binarnie. To z kolei wykorzystuje powtarzającą się strukturę wartości kaskadowych rezystora R i 2R. Poprawia to dokładność ze względu na stosunkowo łatwą produkcję mechanizmu o tym samym nominale (lub źródłach prądowych).
Kolejny ofensywny lub cykliczny przetwornik DAC, który generuje dane wyjściowe dla każdego kroku jeden po drugim. Oddzielne bity wejścia cyfrowego są przetwarzane przez wszystkie złącza, dopóki cały obiekt nie zostanie wzięty pod uwagę.
Termometr jest przetwornikiem DAC, który zawiera rezystor równy lub segment źródła prądu dla każdej możliwej wartości wyjścia DAC. 8-cyfrowy DAC termometru będzie miał 255 elementów, a 16-ładunkowy termometr DAC będzie miał 65 535 części. Jest to prawdopodobnie najszybsza i najdokładniejsza architektura DAC, ale kosztem wysokich kosztów. Z powodu tego typu współczynników konwersji DAC zostały osiągnięteponad miliard próbek na sekundę.
Hybrydowe kurczęta stosujące kombinację powyższych metod w jednym przetworniku. Większość układów scalonych DAC dotyczy tego typu ze względu na złożoność jednoczesnego uzyskiwania niskiego kosztu, wysokiej prędkości i poprawności w jednym urządzeniu.
Segmentowany przetwornik cyfrowo-analogowy, który łączy w sobie zasadę kodowania termometru w przypadku starszych binarnych ważeń dla młodszych komponentów. W ten sposób osiąga się kompromis między dokładnością (za pomocą zasady kodowania termometru) a liczbą rezystorów lub źródeł prądu (przy użyciu ważenia binarnego). Głębokie podwójne urządzenie oznacza 0% segmentacji, a pełna konstrukcja kodowania termometrycznego ma 100%.
Większość przetworników DAC przedstawionych na tej liście opiera się na stałym napięciu odniesienia w celu utworzenia ich wartości początkowej. Jako alternatywa dla mnożenia, DAC przyjmuje zmienne napięcie wejściowe do ich transformacji. To nakłada dodatkowe ograniczenia na szerokość pasma schematu reorganizacji. Teraz jest jasne, czego potrzebują konwertery cyfrowo-analogowe różnych typów.
Wydajność
DAC są bardzo ważne dla płodności systemu. Najważniejszą cechą tych urządzeń jest rozdzielczość, która została stworzona do użycia przetwornika cyfrowo-analogowego. Liczba możliwych poziomów wyjściowych zaprojektowanych przez DAC do odtwarzania jest zwykle wskazywana przez liczbę bitów, z których korzysta, właśnie to jest podstawą dwóch logarytmów liczby poziomów. Na przykład 1-bitowy DACjest przeznaczony do odtwarzania dwóch, podczas gdy ośmiobitowy jest tworzony dla 256 obwodów. Aplikacja jest wynikiem efektywnej liczby bitów, co jest miarą rzeczywistej zezwolenia osiągnięty DAC. Uprawnienie określa głębię kolorów w aplikacjach wideo i szybkość transmisji dźwięku w urządzeniach audio.
Maksymalna częstotliwość
Pomiar największą prędkość, przy której obwód przetwornik cyfrowo-analogowy może współpracować ze celu wytworzenia prawidłowego wyjścia definiuje związek między nim a pasma sygnału dyskretyzyrovannoho. Jak wskazano powyżej, tw próbkowania Nyąuista - Shannon wiąże ciągłe i nieciągłe sygnały i twierdzi, że każdy sygnał może być przywrócone w przypadku każdego dokładności dyskretnych raportów.
Monotonia
Określenie to oznacza zdolność wyjścia analogowego DAC przemieszczać się tylko w kierunku, w którym porusza wejść cyfrowych. Ta charakterystyka jest bardzo ważna dla przetworników DAC wykorzystywanych jako źródło niskiej częstotliwości.
zakłócenia pomiarowe oraz obce dźwięki pochodzące od sygnału DAC, wyrażone jako procent całkowitej liczby niechcianych harmonicznych i hałasu, które towarzyszą pożądany sygnał. Jest to bardzo ważna cecha aplikacji DAC z dynamiczną i małą wydajnością.
Zakres
, pomiar różnicy pomiędzy największą i najmniejszą sygnalizuje, że przetwornik jest w stanie odtworzyć wyrażonych w decybelach, wiąże się zwykle z rozdzielczością i hałasu. Inne pomiary, takie jak zniekształcenie fazowe i drgania, mogą być bardzo ważne dlaniektóre aplikacje. Obejmują one (na przykład dane bezprzewodowe, wideo kompozytowe), które mogą nawet polegać na precyzyjnym odbiorze sygnałów sterowanych fazowo. Próbkowanie liniowe dźwięku PCM zwykle działa w oparciu o rozdzielczość każdego bitu odpowiadającą sześciu decybelom amplitudy (podwojenie objętości lub dokładności). Nieliniowa kodowania PCM (A-law /- prawo, ADPCM, NICAM) starają się poprawić swoją skuteczną zakres dynamiczny na różne sposoby - logarytmiczna wielkości kroku pomiędzy dźwiękiem wyjściowym reprezentowanej przez każdego bitu danych.
Klasyfikacja przetworników cyfrowo-analogowych
Klasyfikacja dla nieliniowości dzieli je na:
Doskonała nieliniowość, która pokazuje, jak dwie sąsiednie wartości kodu odbiegają od nieskazitelnego kroku LSB.
Łączna nieliniowość pokazuje, w jakim stopniu transmisja DAC odbiega od ideału.
Oznacza to, że idealną cechą jest zwykle linia prosta. INL pokazuje, jak napięcie rzeczywiste przy tej wartości kodu różni się od tej linii w młodszych bitach.
Zysk
W ostatecznym rozrachunku hałas ogranicza się do gorąca wywołanego przez elementy pasywne, takie jak rezystory. W przypadku aplikacji audio iw temperaturze pokojowej dźwięk ten jest zwykle nieco mniejszy niż 1 μV (mikrowolt) białego sygnału. Ogranicza to wydajność mniejszą niż 20 bitów, nawet w 24-bitowych przetwornikach D /A.
Wydajność w dziedzinie częstotliwości,
Zakres dynamiczny bez pasożytów (SFDR) oznacza, że stosunek mocy dB sygnału głównego i przekształcanajwiększy niechciany odpływ. Stosunek szumu i zniekształceń (SNDR) wskazuje w dB właściwość pojemności przekształconego dźwięku głównego na jego sumę. Total Congruent Distortion (THD) to nagromadzenie wszystkich pojemności HDi. Jeśli maksymalny błąd DNL jest mniejszy niż 1 LSB, wówczas konwerter cyfrowo-analogowy będzie miał zapewnioną monotonność. Jednak wiele instrumentów monotonicznych może mieć maksymalną wartość DNL większą niż 1 LSB. Produktywność w dziedzinie czasu:
Usterka strefy impulsowej (usterka energetyczna).
Niepewność odpowiedzi.
Czas nieliniowości (TNL).
Podstawowe operacje DAC
Przetwornik analogowo-cyfrowy przyjmuje dokładną liczbę (często binarną liczbę zmiennoprzecinkową) i konwertuje ją na wartość fizyczną (np. Napięcie lub ciśnienie). Przetworniki DAC są często wykorzystywane do reorganizacji danych z precyzyjnie precyzyjnych szeregów czasowych w ciągle zmieniający się sygnał fizyczny. Idealny konwerter cyfrowo-analogowy przyjmuje abstrakcyjne sekwencje impulsów, które są następnie przetwarzane za pomocą formularza interpolacji w celu wypełnienia danych między sygnałami. Konwencjonalny konwerter cyfrowo-analogowy umieszcza liczby w stałej funkcji fragmentarycznej, składającej się z sekwencji wartości prostokątnych, która jest wzorowana na konserwacji rzędu zerowego. Konwerter odtwarza sygnały wyjściowe, aby jego przepustowość spełniała określone wymagania. Cyfrowemu próbkowaniu towarzyszą błędy kwantyzacji, które powodują niski poziom szumów. Jest on dodany do przywróconego sygnału. Minimalna amplitudaDźwięk analogowy, który może zmienić cyfrowy, nazywa się bitem najmniej znaczącym (LSB). A błąd (zaokrąglanie) występujący pomiędzy sygnałami analogowymi i cyfrowymi nazywany jest błędem kwantyzacji.
