V elektroniki je vezje DAC poseben sistem. Digitalni signal pretvori v analogni. Obstaja več tokokrogov DAC. Primernost za določeno aplikacijo je določena s kazalniki kakovosti, vključno z dovoljenjem, najvišjo hitrostjo vzorčenja in drugimi. Digitalno-analogna pretvorba lahko poslabša signal, zato je treba poiskati takšno orodje, ki ima manjše napake pri uporabi.

Priloge

DAC-ji se običajno uporabljajo v predvajalnikih glasbe za ponovno izdelavo številskih podatkovnih tokov v analognih zvočnih signalih. Poleg tega se uporabljajo na televizorjih in mobilnih telefonih, da se preuredijo video podatki v video signalih, ki se povežejo z gonilniki zaslona, ​​da se prikažejo enobarvne ali barvne slike.


Ti dve aplikaciji uporabljata vezja DAC na nasprotnih koncih kompromisa med gostoto in številom slikovnih pik. Avdio je nizkofrekvenčni tip z visoko ločljivostjo, video pa je visokofrekvenčna varianta z nizko in srednjo sliko. Zaradi zapletenosti in potrebe po natančno izbranih komponentah se vsi, razen najbolj specializiranih DAC, izvajajo v obliki integriranih vezij. Diskretne komunikacije so običajno izjemno hitre, nizko ločljive vrste za varčevanje z energijo, ki se uporabljajo v vojaških radarskih sistemih. Preskus z veliko hitrostjoOprema, zlasti osciloskopi za vzorčenje, lahko uporabljajo tudi diskretne DAC.

Pregled

Delno konstanten izhod konvencionalnega nefiltrskega DAC je vgrajen v skoraj katero koli napravo, začetna slika ali končna pasovna širina konstrukcije pa gladko odzivanje koraka na kontinuirano krivuljo. Na vprašanje "Kaj je DAC?", Je treba omeniti, da ta komponenta pretvori abstraktno število končne natančnosti (običajno binarno s fiksno točko) v fizično vrednost (npr. Napetost ali tlak). Zlasti se digitalno-analogna pretvorba pogosto uporablja za spremembo podatkov časovnih vrst v nenehno spreminjajoči se fizični signal. Idealni DAC pretvori abstraktna števila v konceptualno zaporedje impulzov, ki se nato obdelajo z uporabo rekonstrukcijskega filtra, z uporabo neke oblike interpolacije za zapolnitev podatkov med impulzi. Običajni praktični digitalno-analogni pretvornik pretvori številke v delno-neprekinjeno funkcijo, sestavljeno iz zaporedja pravokotnih modelov, ki so ustvarjeni z vsebino ničelnega reda. Poleg tega, odgovor na vprašanje: "Kaj je DAC?" To je vredno omeniti druge metode (na primer, ki temelji na delta-sigma modulacije). Ustvarjajo modulirano izhodno gostoto impulzov, ki se lahko filtrira na podoben način, da nastane gladko spremenljiv signal. V skladu z Nyquist-Shannonovim izrekom lahko DAC rekonstruira začetne vibracije iz vzorčenih podatkov, če je njegova izvedbena conaizpolnjuje določene zahteve (npr. impulz glavnega frekvenčnega pasu z nizko gostoto). Digitalni vzorec predstavlja napako kvantizacije, ki se kaže kot nizka raven hrupa v obnovljenem signalu.

Poenostavljen funkcionalni diagram 8-bitnega orodja

Treba je takoj opozoriti, da je najbolj priljubljen model digitalno-analogni pretvornik NANO-DAC Real-Cable. DAC je del napredne tehnologije, ki je pomembno prispevala k digitalni revoluciji. Za ponazoritev je vredno razmisliti o tipičnih klicih na dolge razdalje. Glas naročnika se prek mikrofona spremeni v analogni električni signal, ki se nato spremeni v digitalnem toku skupaj z DAC. Slednji se nato razdeli na mrežne pakete, kjer se lahko pošlje z drugimi digitalnimi podatki. In to morda ni nujno avdio. Nato se paketi sprejmejo v namembnem kraju, vendar lahko vsak od njih gre po zelo različni poti in celo ne doseže cilja v pravem zaporedju in ob pravem času. Podatki iz digitalnih jezikov se nato zbirajo iz paketov in se zbirajo v toku splošnih podatkov. DAC jo pretvori nazaj v analogni električni signal, ki aktivira zvočni ojačevalnik (na primer digitalni pretvornik NANO-DAC v realnem kablu). Po drugi strani pa aktivira zvočnik, ki končno ustvari zahtevani zvok.

Avdio

Večina sodobnih zvočnih signalov se shranjuje digitalno (na primer MP3 in CD). Da bi jih slišali prek zvočnikov, jih je treba pretvoriti vpodoben zagon. Na ta način lahko najdete digitalno-analogni pretvornik za vaš TV, CD predvajalnik, digitalni glasbeni sistem in zvočne kartice za osebni računalnik.
Specializirane avtonomne DAC je mogoče najti tudi v visokokakovostnih Hi-Fi sistemih. Običajno sprejemajo digitalni izhod združljivega predvajalnika CD-jev ali namenskega prevoza in pretvorijo signal v linearni analogni izhod, ki ga nato lahko vstavite v ojačevalnik za nadzor zvočnikov. Podobni digitalno-analogni pretvorniki so na voljo v digitalnih stolpcih, kot so zvočniki USB in zvočne kartice. V aplikacijah, ki uporabljajo oddajanje glasov IP, mora biti izvor najprej digitaliziran za prenos, zato se pretvori v ADC in nato pretvori v analogno s pomočjo DAC na sprejemni strani. Ta metoda se na primer uporablja za nekatere digitalno-analogne pretvornike (televizorje).

Slike

Brezhibnost deluje na zelo različni ravni, na splošno zaradi izjemno nelinearnega odziva elektronk z elektronskim žarkom (za katere je bila predvidena velika večina digitalnih video nalog) in človeškega očesa, ki uporablja krivuljo gama za zagotovitev enotnega videza. Porazdeljene stopnje svetlosti po celotnem dinamičnem območju zaslona. Zato je treba uporabiti RAMDAC v računalniških video aplikacijah s precej globoko barvno ločljivostjo, tako da je nepraktično ustvariti togo kodirano vrednost v DAC za vsak izhodna ravni vsakega kanala (na primer za Atari ST ali Sega Genesis potrebuje 24 takih vrednosti; za 24-bitno video kartico bo potrebnih 768).

Glede na to prirojeno izkrivljanje za televizijski ali video projektor je pogosto zvesto navedeno, da je linearno kontrastno razmerje (razlika med najtemnejšimi in najbolj živimi začetnimi ravnmi) 1000: 1 ali več. To je enakovredno 10-bitnim zvestobnim zvokom, tudi če lahko sprejema samo signale z 8-bitno natančnostjo in uporablja LCD zaslon, ki prikazuje samo šest ali sedem bitov na kanal. Na tej podlagi se objavijo pregledi DAC. Video signale iz digitalnega vira, kot je računalnik, je treba pretvoriti v analogno obliko, če jih je treba prikazati na monitorju. Od leta 2007 so se podobni vhodi uporabljali pogosteje kot digitalno, vendar se je to spremenilo, saj so ploski zasloni s povezavami DVI ali HDMI postali pogostejši. Vendar pa je DAC za video vgrajen v kateri koli digitalni video predvajalnik z enakimi izhodi. Digitalno-analogni avdio pretvornik se običajno integrira z nekaj pomnilnika (RAM), ki vsebuje reorganizacijske tabele za korekcijo gama, kontrast in svetlost, da ustvari napravo, imenovano RAMDAC. Naprava, ki je daljinsko povezana z DAC, je digitalni kontrolni potenciometer, ki se uporablja za zajem signala.

Mehanska konstrukcija

Na primer, v pisalnem stroju IBM Selectric že uporablja neupravni DAC za nadzor žoge. Sklop digitalno-analognega pretvornika je videti takole. Enotno mehanskoPogon ima dva položaja: enega pri vklopu, drugega pa ob izklopu. Gibanje več enobitnih aktuatorjev je mogoče kombinirati in obtežiti s pomočjo naprave brez nihanja, da dobimo natančnejše korake.
Takšen sistem uporablja pisalni stroj IBM Selectric.

Osnovni tipi digitalno-analognih pretvornikov

Širokokotni modulator, pri katerem se stabilen tok ali napetost preklopi na nizkofrekvenčni analogni filter s trajanjem, ki ga določa vhodna digitalna koda. Ta metoda se pogosto uporablja za nadzor hitrosti električnega motorja in zatemnitev LED svetilk.

Pretvornik digitalnega analognega avdio pretvornika ali interpolacijski DAC, ki uporablja presežno vzorčenje, na primer uporablja modulacijo delta-sigma, uporablja metodo spremembe gostote impulzov. Hitrost več kot 100.000 vzorcev na sekundo (na primer 180 kHz) in ločljivost 28 bitov je dosegljiva z napravo delta-sigma.

Binarni stehtani element, ki vsebuje ločene električne komponente za vsak bit DAC, priključenega na točko seštevanja. Ona je tista, ki lahko oblikuje operacijski ojačevalnik. Trenutna jakost vira je sorazmerna z maso bita, ki mu ustreza. Tako se vse ničelne vrednosti kode seštevajo s težo. To se zgodi zato, ker imajo isti vir napetosti. To je eden od najhitrejših načinov za pretvorbo, vendar ni popoln. Ker obstaja težava: nizka zvestoba zaradi velikih podatkov, potrebnih za vsako posamezno napetost alitok. Takšne komponente visoke natančnosti so drage, zato je ta tip modela običajno omejen na 8-bitno ločljivost ali celo manj. Stikalni upor je namenjen digitalno-analognim pretvornikom v vzporednih virih omrežja. Posamezni primeri so vključeni v električno energijo na osnovi digitalnega vhoda. Načelo delovanja digitalnega-analognega pretvornika tega tipa je preklopni vir trenutnega DAC, iz katerega se na osnovi numeričnega vhoda izberejo različni ključi. Vključuje sinhrono kondenzatorsko linijo. Te enote so povezane ali ločene s posebnim mehanizmom (noga), ki se nahaja v bližini vseh vtičev.

Digitalni analogno-analogni pretvorniki tipa dimenzij, ki je binarno uteženi element. Uporablja pa ponavljajočo se strukturo kaskadnih vrednosti upora R in 2R. S tem se izboljša natančnost zaradi relativno enostavne izdelave mehanizma z enakim poimenovanjem (ali trenutnimi viri).

Zaporedni žaljiv ali ciklični DAC, ki generira izhodne podatke za vsak korak posebej. Ločene bitove digitalnega vhoda obdelujejo vsi priključki, dokler se ne upošteva celoten objekt.

Termometer je dajalnik DAC, ki vsebuje upor, enak ali segment tokovnega vira za vsako možno vrednost izhoda DAC. 8-mestni DAC termometra bo imel 255 elementov, 16-polni termometer DAC pa bo imel 65.535 delov. To je verjetno najhitrejša in najbolj natančna arhitektura DAC, vendar na račun visokih stroškov. Zaradi te vrste DAC so bili doseženi menjalni tečajiveč kot milijardo vzorcev na sekundo.

Hibridne piščance, ki uporabljajo kombinacijo zgornjih metod v enem samem pretvorniku. Večina integriranih vezij DAC se nanaša na ta tip zaradi zapletenosti istočasnega doseganja nizkih stroškov, visoke hitrosti in pravilnosti v eni napravi.

Segmentirani DAC, ki združuje načelo kodiranja termometra za višja binarna tehtanja za nižje komponente. Tako je dosežen kompromis med točnostjo (z uporabo načela kodiranja termometra) in številom uporov ali tokovnih virov (z uporabo binarnega tehtanja). Globoka dvojna naprava pomeni 0% segmentacijo, polna termometrična oblika kodiranja pa ima 100%.

Večina DAC, predstavljenih na tem seznamu, se opira na konstantno referenčno napetost za ustvarjanje njihove začetne vrednosti. Kot alternativo množenju DAC sprejme spremenljivo vhodno napetost za njihovo transformacijo. To nalaga dodatne omejitve pasovne širine reorganizacijske sheme. Zdaj je jasno, kaj potrebujejo digitalno-analogni pretvorniki različnih tipov.

Uspešnost

DAC so zelo pomembni za plodnost sistema. Najpomembnejše značilnosti teh naprav je resolucija, ki je bila ustvarjena za uporabo digitalno-analognega pretvornika. Število možnih izhodnih stopenj, ki jih je DAC zasnovan za predvajanje, je običajno označeno s številom bitov, ki jih uporablja, ravno to je osnova dveh logaritmov števila ravni. Na primer 1-bitni DACje zasnovan za igranje dveh, medtem ko je 8-bitni ustvarjen za 256 vezij. Priloga je povezana z dejanskim številom bitov, kar je merilo dejanske ločljivosti, ki jo doseže DAC. Dovoljenje določa globino barve v video aplikacijah in bitno hitrost zvoka v avdio napravah.

Največja pogostost

Merjenje najvišje hitrosti, pri kateri lahko deluje tokokrog DAC in tako proizvede pravilen izhodni signal, določa razmerje med njim in pasovno širino vzorčenega signala. Kot je navedeno zgoraj, Nyquist-Shannonova numerična teorema veže zvezne in diskretne signale in navaja, da se lahko vsak signal ponovno vzpostavi z natančnostjo svojih diskretnih poročil.

Monotonija

Ta koncept pomeni možnost, da se analogni izhod DAC premika le v smeri, v kateri se premika digitalni vhod. Ta značilnost je zelo pomembna za DAC, ki se uporabljajo kot nizkofrekvenčni vir.

Skupno harmonično popačenje in hrup (THD + N)

Merjenje popačenja in zvokov tretjih oseb, ki jih povzroča signal DAC, je izraženo kot odstotek skupne moči neželenega harmoničnega popačenja in hrupa, ki spremljajo želeni signal. To je zelo pomembna značilnost za aplikacije DAC z dinamično in majhno močjo.

Območje

Merjenje razlike med največjimi in najmanjšimi signali, ki jih lahko DAC reproducira, izraženo v decibelih, je običajno povezano z ločljivostjo in ravnjo hrupa. Za meritve so lahko zelo pomembne tudi druge meritve, kot sta fazno popačenje in tresenjenekatere aplikacije. Ti vključujejo (na primer brezžične podatke, kompozitni video), ki se lahko zanašajo tudi na natančen sprejem fazno krmiljenih signalov. Linearno vzorčenje z zvokom PCM običajno deluje na podlagi ločljivosti vsakega bitov, ki ustreza šestim decibelom amplitude (podvojitev volumna ali natančnosti). Nelinearna PCM kodiranja (A-law /? -Law, ADPCM, NICAM) poskušajo izboljšati svoje učinkovite dinamične razpone na različne načine - logaritmični koraki koraka med nivoji izhodnega zvoka, ki ga predstavlja vsak bit podatkov.

Razvrstitev digitalno-analognih pretvornikov

Klasifikacija za nelinearnost jih deli na:

Odlično nelinearnost, ki kaže, kako dve sosednji kodni vrednosti odstopata od brezhibnega koraka LSB.

Akumulirana nelinearnost kaže, kako oddaljenost DAC odstopa od ideala.

To pomeni, da je idealna značilnost običajno ravna črta. INL prikazuje, kako se dejanska napetost pri tej vrednosti kode razlikuje od te vrstice v mlajših bitih.

Gain

Navsezadnje je hrup omejen na kroženje toplote, ki ga ustvarjajo pasivne komponente, kot so upori. Pri avdio aplikacijah in pri sobni temperaturi je ta zvok običajno nekoliko manjši od 1 μV (mikrovoltov) belega signala. To omejuje zmogljivost manj kot 20 bitov tudi v 24-bitnih DAC.

Delovanje v frekvenčni domeni

Dinamični razpon brez parazitov (SFDR) kaže v dB razmerje zmogljivosti transformiranega glavnega signala innajvečji nezaželen odliv. Razmerje hrupa in popačenja (SNDR) kaže v dB lastnost kapacitet pretvorjenega glavnega zvoka na njegovo vsoto. Celotno usklajeno izkrivljanje (THD) je kopičenje vseh zmogljivosti HDi. Če je največja napaka DNL manjša od 1 LSB, bo digitalno-analogni pretvornik zagotovljen monotono. Vendar pa imajo lahko številni monotoni instrumenti največjo DNL več kot 1 LSB. Produktivnost v časovni domeni:

Impulzna napaka (energijska napaka).

Negotovost odgovora.

Čas nelinearnosti (TNL).

Osnovne operacije DAC

Analogno-digitalni pretvornik vzame točno število (pogosto binarno število s plavajočo vejico) in ga pretvori v fizično vrednost (npr. Napetost ali tlak). DAC-ji se pogosto uporabljajo za reorganizacijo podatkov časovnih nizov s končno natančnostjo v nenehno spreminjajoči se fizični signal. Idealen digitalno-analogni pretvornik ima abstraktne impulzne sekvence, ki se nato obdelujejo z uporabo interpolacijske oblike za zapolnitev podatkov med signali. Konvencionalni digitalno-analogni pretvornik postavlja številke v delno konstantno funkcijo, ki je sestavljena iz zaporedja pravokotnih vrednosti, ki se modelira z vzdrževanjem ničelnega reda. Pretvornik vrne izhodne signale tako, da njegova pasovna širina izpolnjuje določene zahteve. Digitalno vzorčenje spremljajo kvantizacijske napake, ki ustvarjajo nizko raven hrupa. Dodan je obnovljenemu signalu. Najmanjša amplitudaAnalogni zvok, ki lahko spremeni digitalni zvok, se imenuje najmanj pomemben bit (LSB). Napaka (zaokroževanje), ki se pojavi med analognimi in digitalnimi signali, se imenuje napaka kvantizacije.