Elektroniikassa DAC-piiri on eräänlainen järjestelmä. Hän muuntaa digitaalisen signaalin analogiseksi.
DAC-piirejä on useita. Soveltuvuus tiettyyn sovellukseen määräytyy laatumittareiden mukaan, mukaan lukien resoluutio, enimmäisnäytteenottotaajuus ja muut.
Digitaalista analogiseksi muuntaminen voi heikentää signaalin lähetystä, joten on löydettävä instrumentti, jossa on pieniä sovellusvirheitä.
Sovellukset
DAC:ia käytetään tyypillisesti musiikkisoittimissa numeeristen tietovirtojen muuntamiseen analogisiksi äänisignaaleiksi. Niitä käytetään myös televisioissa ja matkapuhelimissa videodatan muuntamiseen videosignaaleiksi, jotka on yhdistetty näytön ohjaimiin yksiväristen tai moniväristen kuvien näyttämiseksi.
Nämä kaksi sovellusta käyttävät DAC-piirejä tiheyden ja pikselimäärän välisen kompromissin vastakkaisissa päissä. Ääni on matalataajuinen tyyppi korkealla resoluutiolla ja video korkeataajuinen muunnelma matalasta keskitasoon kuvaan.
Monimutkaisuuden ja huolellisesti sovitettujen komponenttien tarpeen vuoksi kaikki paitsi kaikkein erikoistuneet DAC:t on toteutettu integroituina piireinä (ICs). Erilliset linkit ovat tyypillisesti erittäin nopeita, matalaresoluutioisia, virtaa säästäviä tyyppejä, joita käytetään sotilastutkajärjestelmissä. Erittäin nopeat testauslaitteet, erityisesti näytteenottooskilloskoopit, voivat myös käyttää erillisiä DAC:ita.
Yleiskatsaus
Perinteisen suodattamattoman DAC:n puolivakiolähtö on sisäänrakennettu melkein mihin tahansa laitteeseen, ja suunnittelun alkuperäinen kuva tai lopullinen kaistanleveys tasoittaa äänenkorkeusvasteen jatkuvaksi käyräksi.
Vastattaessa kysymykseen: "Mikä on DAC?", on syytä huomata, että tämä komponentti muuntaa äärellisen tarkkuuden abstraktin luvun (yleensä binäärisen kiinteän pisteen numeron) fysikaaliseksi arvoksi (esimerkiksi jännitteeksi tai paine). Erityisesti D/A-muunnoksia käytetään usein muuttamaan aikasarjatiedot jatkuvasti muuttuvaksi fyysiseksi signaaliksi.
Ihanteellinen DAC muuntaa abstraktit numerot käsitteelliseksi pulssijonoksi, joka sitten käsitellään rekonstruktiosuodattimella käyttämällä jonkinlaista interpolaatiota pulssien välisten tietojen täyttämiseen. Tavallinenkäytännöllinen digitaali-analogia-muunnin muuttaa luvut palakohtaisesti vakiofunktioksi, joka muodostuu sarjasta suorakaiteen muotoisia kuvioita, jotka luodaan nollajärjestyksen mukaan. Vastaamalla myös kysymykseen "Mikä on DAC?" kannattaa huomioida muut menetelmät (esimerkiksi delta-sigma-modulaatioon perustuvat). Ne luovat pulssitiheysmoduloidun lähdön, joka voidaan suodattaa samalla tavalla tasaisesti vaihtelevan signaalin tuottamiseksi.
Nyquist-Shannonin näytteenottolauseen mukaan DAC voi rekonstruoida alkuperäisen värähtelyn näytteitetystä tiedosta, mikäli sen läpäisyalue täyttää tietyt vaatimukset (esimerkiksi kantataajuinen pulssi, jolla on pienempi viivatiheys). Digitaalinen näyte edustaa kvantisointivirhettä, joka näkyy matalana kohinana rekonstruoidussa signaalissa.
8-bittisen työkalun yksinkertaistettu funktiokaavio
On heti syytä huomata, että suosituin malli on Real Cable NANO-DAC digitaali-analogiamuunnin. DAC on osa edistynyttä tekniikkaa, joka on vaikuttanut merkittävästi digitaaliseen vallankumoukseen. Harkitse esimerkkinä tyypillisiä kaukopuheluita.
Soittajan ääni muunnetaan analogiseksi sähköiseksi signaaliksi mikrofonin avulla, ja sitten tämä pulssi muutetaan digitaaliseksi virran mukana DAC:n kanssa. Tämän jälkeen jälkimmäinen jaetaan verkkopaketteihin, joihin se voidaan lähettää muun digitaalisen tiedon mukana. Eikä se välttämättä ole ääntä.
Sitten paketithyväksytään määränpäähän, mutta jokainen niistä voi kulkea täysin eri reittiä eivätkä edes saavuta määränpäätä oikeassa järjestyksessä ja oikeaan aikaan. Digitaalinen puhedata erotetaan sitten paketeista ja kootaan yhteiseksi tietovirraksi. DAC muuntaa tämän takaisin analogiseksi sähköiseksi signaaliksi, joka ohjaa äänivahvistinta (kuten Real Cable NANO-DAC -digitaali-analogi-muunnin). Ja hän puolestaan aktivoi kaiuttimen, joka lopulta tuottaa tarvittavan äänen.
Ääni
Useimmat nykyaikaiset akustiset signaalit tallennetaan digitaalisesti (esim. MP3 ja CD). Jotta ne kuuluisivat kaiuttimien kautta, ne on muutettava samanlaiseksi impulssiksi. Joten voit löytää digitaali-analogiamuuntimen televisiolle, CD-soittimelle, digitaalisille musiikkijärjestelmille ja PC-äänikorteille.
Omallisia itsenäisiä DAC-muuntimia löytyy myös korkealaatuisista Hi-Fi-järjestelmistä. Yleensä ne ottavat yhteensopivan CD-soittimen tai erillisen ajoneuvon digitaalisen lähdön ja muuntavat signaalin linjatason analogiseksi lähdöksi, joka voidaan sitten syöttää vahvistimeen ohjaamaan kaiuttimia.
Samanlaisia D/A-muuntimia löytyy digitaalisista sarakkeista, kuten USB-kaiuttimista ja äänikorteista.
Voice over IP -sovelluksissa lähde on ensin digitalisoitava lähetystä varten, jotta se muunnetaan ADC:n kautta ja muunnetaan sitten analogiseksi DAC:n avulla.vastaanottava osapuoli. Tätä menetelmää käytetään esimerkiksi joissakin digitaali-analogimuuntimissa (TV).
Kuva
Näytteistys toimii yleensä täysin eri mittakaavassa, mikä johtuu sekä katodisädeputkien (johon suurin osa digitaalisen videon tuotannosta on tarkoitettu) että ihmissilmän erittäin epälineaarisesta vasteesta. gammakäyrä, joka tarjoaa tasaisesti jakautuneen kirkkausaskeleen näytön koko dynaamiselle alueelle. Tästä syystä on tarpeen käyttää RAMDAC:ia tietokonevideosovelluksissa, joissa on melko syvä väriresoluutio, joten on epäkäytännöllistä luoda kovakoodattua arvoa DAC:iin kunkin kanavan jokaiselle lähtötasolle (esimerkiksi Atari ST tai Sega Genesis tarvitsee 24 näistä arvoista; 24-bittinen näytönohjain tarvitsee 768).
Tämän luontaisen vääristymän vuoksi ei ole harvinaista, että television tai videoprojektorin lineaarinen kontrastisuhde (tummimman ja kirkkaimman lähtötason välinen ero) on 1 000:1 tai enemmän. Tämä vastaa 10 bitin äänenlaatua, vaikka se voi vastaanottaa vain 8-bittisiä signaaleja ja käyttää LCD-paneelia, joka näyttää vain kuusi tai seitsemän bittiä kanavaa kohti. DAC-arvostelut julkaistaan tällä perusteella.
Digitaalisesta lähteestä, kuten tietokoneesta, tulevat videosignaalit on muutettava analogiseen muotoon, jos ne halutaan näyttää näytöllä. Samanlaisia vuodesta 2007tuloja käytettiin useammin kuin digitaalisia, mutta tämä on muuttunut, kun DVI- tai HDMI-liitännöillä varustetut litteät näytöt ovat yleistyneet. Video-DAC on kuitenkin sisäänrakennettu mihin tahansa digitaaliseen videosoittimeen, jolla on samat lähdöt. Digitaalisesta analogiseksi audiomuunnin on yleensä integroitu jonkinlaiseen muistiin (RAM), joka sisältää uudelleenjärjestelytaulukot gammakorjausta, kontrastia ja kirkkautta varten RAMDAC-nimisen kiinnikkeen luomiseksi.
DAC:hen kauko-ohjattu laite on digitaalisesti ohjattu potentiometri, jota käytetään signaalin poimimiseen.
Mekaaninen suunnittelu
Esimerkiksi IBM Selectric -kirjoituskone käyttää jo ei-manuaalista DAC:ta pallon ajamiseen.
Digitaali-analogia-muunninpiiri näyttää tältä.
Yksibittisellä mekaanisella asemalla on kaksi asentoa: yksi, kun se on päällä, toinen, kun se on sammutettu. Useiden yksibittisten toimilaitteiden liikkeet voidaan yhdistää ja painottaa laitteella epäröimättä tarkempien vaiheiden saamiseksi.
Tällaista järjestelmää käyttää IBM Selectric -kirjoituskone.
Digitaali-analogiamuuntimien päätyypit
- Pulssinleveysmodulaattori, jossa vakaa virta tai jännite kytketään analogiseen alipäästösuodattimeen, jonka kesto määräytyy digitaalisen tulokoodin avulla. Tätä menetelmää käytetään usein säätämään moottorin nopeutta ja himmentämään LED-valoja.
- Digitaalisesta analogiseksi audiomuuntimellaylinäytteistys tai interpolointi DAC:t, kuten delta-sigma-modulaatiota käyttävät, käyttävät pulssitiheyden vaihtelumenetelmää. Nopeudet yli 100 ksamplea sekunnissa (esim. 180 kHz) ja 28-bittinen resoluutio ovat saavutettavissa delta-sigma-laitteella.
- Binääripainotettu elementti, joka sisältää erilliset sähkökomponentit jokaista summauspisteeseen kytkettyä DAC-bittiä kohden. Hän voi laskea yhteen operaatiovahvistimen. Lähteen virranvoimakkuus on verrannollinen sen bitin painoon, jota se vastaa. Siten kaikki koodin nollasta poikkeavat bitit lisätään painoon. Tämä johtuu siitä, että niillä on käytössään sama jännitelähde. Tämä on yksi nopeimmista muunnosmenetelmistä, mutta se ei ole täydellinen. Koska on ongelma: alhainen tarkkuus, koska jokaista yksittäistä jännitettä tai virtaa varten tarvitaan suuria tietoja. Tällaiset erittäin tarkat komponentit ovat kalliita, joten tämäntyyppiset mallit rajoittuvat yleensä 8-bittiseen tai jopa pienempään resoluutioon. Kytkentävastuksen tarkoitus on digitaali-analogiamuuntimet rinnakkaisissa verkkolähteissä. Yksittäiset instanssit kytketään sähköön digitaalitulon perusteella. Tämän tyyppisen digitaali-analogiamuuntimen toimintaperiaate on DAC:n kytketyssä virtalähteessä, josta valitaan erilaisia näppäimiä numerotulon perusteella. Se sisältää synkronisen kondensaattorilinjan. Nämä yksittäiset elementit kytketään tai irrotetaan erityisellä mekanismilla (jalalla), joka sijaitsee lähellä kaikkia pistokkeita.
- Digitaalisesta analogiseksi portaikkomuuntimettyyppi, joka on binääripainotettu elementti. Se puolestaan käyttää toistuvaa rakennetta kaskadivastusarvoista R ja 2R. Tämä parantaa tarkkuutta, koska saman nimellismekanismin (tai virtalähteiden) valmistus on suhteellisen helppoa.
- Sequential Advanced tai syklinen DAC, joka rakentaa lähdön yksitellen kunkin vaiheen aikana. Kaikki liittimet käsittelevät digitaalisen tulon yksittäisiä bittejä, kunnes koko objekti on otettu huomioon.
- Lämpömittari on koodattu DAC, joka sisältää yhtä suuren vastuksen tai virtalähdesegmentin jokaista mahdollista DAC-lähdön arvoa kohden. 8-bittisessä DAC-lämpömittarissa on 255 elementtiä ja 16-bittisessä DAC-lämpömittarissa 65 535 osaa. Tämä on ehkä nopein ja tarkin DAC-arkkitehtuuri, mutta korkeiden kustannusten kustannuksella. Tämän tyyppisellä DAC:lla on saavutettu yli miljardin näytteen muunnosnopeus sekunnissa.
- Hybridi-DAC:t, jotka käyttävät yllä olevien menetelmien yhdistelmää yhdessä muuntimessa. Useimmat DAC-piirit ovat tämän tyyppisiä, koska on vaikea saada halpoja kustannuksia, suurta nopeutta ja tarkkuutta yhdessä laitteessa.
- Segmentoitu DAC, jossa yhdistyvät lämpömittarikoodauksen periaate suurempia numeroita varten ja binääripainotuksen periaate pienempiä komponentteja varten. Tällä tavalla saavutetaan kompromissi tarkkuuden (lämpömittarin koodausperiaatteella) ja vastusten tai virtalähteiden lukumäärän (binääripainotuksen avulla) välillä. Deep laite tuplatoiminta tarkoittaa, että segmentointi on 0%, ja suunnittelussa täydellä lämpömittarilla on 100%.
Useimmat tässä luettelossa olevista DACS:istä luottavat lähtöarvonsa vakiojännitereferenssiin. Vaihtoehtoisesti kertova DAC hyväksyy AC-tulojännitteen muuntaakseen ne. Tämä asettaa ylimääräisiä suunnittelurajoituksia uudelleenjärjestelysuunnitelman kaistanleveydelle. Nyt on selvää, miksi tarvitaan erilaisia digitaali-analogiamuuntimia.
Suorituskyky
DAC:t ovat erittäin tärkeitä järjestelmän suorituskyvyn kann alta. Näiden laitteiden merkittävin ominaisuus on digitaali-analogiamuuntimen käyttöä varten luotu resoluutio.
Mahdollisten lähtötasojen lukumäärä, joita DAC on suunniteltu toistamaan, ilmoitetaan yleensä sen käyttämien bittien lukumääränä, joka on tasojen lukumäärän kahden peruslogaritmi. Esimerkiksi 1-bittinen DAC on suunniteltu toistamaan kaksi piiriä, kun taas 8-bittinen DAC on suunniteltu toistamaan 256 piiriä. Täyte liittyy tehokkaaseen bittien määrään, joka on DAC:n saavuttaman todellisen resoluution mitta. Resoluutio määrittää värisyvyyden videosovelluksissa ja äänen bittinopeuden äänilaitteissa.
Maksimitaajuus
Nopeimman nopeuden mittaaminen, jolla DAC-piiri voi toimia ja silti tuottaa oikean lähdön, määrittää sen ja näytteistetyn signaalin kaistanleveyden välisen suhteen. Kuten edellä todettiin, lauseNyquist-Shannon samples käsittelee jatkuvia ja erillisiä signaaleja ja väittää, että mikä tahansa signaali voidaan rekonstruoida millä tahansa tarkkuudella sen erillisistä tietueista.
Monotonisuus
Tämä käsite viittaa DAC:n analogisen lähdön kykyyn liikkua vain siihen suuntaan, johon digitaalinen tulo liikkuu. Tämä ominaisuus on erittäin tärkeä DAC:ille, joita käytetään matalataajuisena signaalilähteenä.
Yleinen harmoninen särö ja kohina (THD + N)
DAC:n signaaliin tuomien vääristymien ja vieraiden äänien mittaus ilmaistuna prosentteina ei-toivotun harmonisen vääristymän ja kohinan kokonaismäärästä, joka liittyy haluttuun signaaliin. Tämä on erittäin tärkeä ominaisuus dynaamisissa ja pienitehoisissa DAC-sovelluksissa.
Alue
DAC:n toistaman suurimman ja pienimmän signaalin välisen eron mitta desibeleinä ilmaistuna liittyy yleensä resoluutioon ja kohinatasoon.
Muut mittaukset, kuten vaihesärö ja värinä, voivat myös olla erittäin tärkeitä joissakin sovelluksissa. Jotkut (esim. langaton tiedonsiirto, komposiittivideo) voivat jopa luottaa siihen, että vastaanottavat tarkasti vaihesäädetyt signaalit.
Lineaarinen PCM-äänen näytteenotto toimii tyypillisesti kunkin bitin resoluutiolla, joka vastaa kuuden desibelin amplitudia (äänenvoimakkuuden tai tarkkuuden kaksinkertaistaminen).
Epälineaariset PCM-koodaukset (A-laki / Μ-laki, ADPCM, NICAM) yrittävät parantaa tehokkaita dynaamisia alueitaan eri tavoin -logaritminen askelkoot kunkin databitin edustamien lähtöäänitasojen välillä.
Digitaali-analogiamuuntimien luokitus
Epälineaarisuuden mukainen luokittelu jakaa ne seuraavasti:
- Erottuva epälineaarisuus, joka osoittaa kuinka kaksi vierekkäistä koodiarvoa poikkeavat täydellisestä 1 LSB-askelesta.
- Kumulatiivinen epälineaarisuus osoittaa, kuinka paljon DAC-lähetys poikkeaa ihanteellisesta.
Joten ihanteellinen ominaisuus on yleensä suora viiva. INL näyttää kuinka paljon todellinen jännite tietyllä koodiarvolla eroaa tästä rivistä vähiten merkitsevillä biteillä.
Boost
Lopulta kohinaa rajoittaa passiivisten komponenttien, kuten vastusten, synnyttämä lämpöhurina. Äänisovelluksissa ja huoneenlämmössä tämä on tyypillisesti hieman alle 1 µV (mikrovoltti) valkoista signaalia. Tämä rajoittaa suorituskyvyn alle 20 bittiin jopa 24-bittisissä DAC:issa.
Suorituskyky taajuusalueella
Spurious-free dynaaminen alue (SFDR) ilmaisee muunnetun pääsignaalin tehojen suhteen desibeleinä suurimpaan ei-toivottuun ylitykseen.
Noise Distortion Ratio (SNDR) osoittaa desibeleinä muunnetun päääänen tehoominaisuuden sen summaksi.
Total harmonic distortion (THD) on kaikkien HDi:n tehojen summa.
Jos suurin DNL-virhe on alle 1 LSB, digitaali-analogiamuunnin on taattutulee olemaan yhtenäinen. Monien monotonisten instrumenttien DNL-arvo voi kuitenkin olla suurempi kuin 1 LSB.
Aikaverkkotunnuksen suorituskyky:
- Glitch impulssivyöhyke (häiriöenergia).
- Vastauksen epävarmuus.
- Epälineaarisuusaika (TNL).
DAC:n perustoiminnot
Analogi-digitaalimuunnin ottaa tarkan luvun (useimmiten kiinteän pisteen binääriluvun) ja muuntaa sen fyysiseksi suureksi (kuten jännitteeksi tai paineeksi). DAC:ita käytetään usein järjestämään uudelleen äärellisen tarkkuuden aikasarjadataa jatkuvasti muuttuvaksi fyysiseksi signaaliksi.
Ihanteellinen D/A-muunnin ottaa abstrakteja lukuja pulssijonosta, jotka sitten käsitellään interpolaatiolla tietojen täyttämiseksi signaalien välillä. Perinteinen digitaali-analogia-muunnin asettaa luvut palakohtaisesti vakiofunktioon, joka koostuu suorakulmaisten arvojen sarjasta, joka mallinnetaan nollan kertaluvun pitolla.
Muunnin palauttaa alkuperäiset signaalit niin, että sen kaistanleveys täyttää tietyt vaatimukset. Digitaaliseen näytteenottoon liittyy kvantisointivirheitä, jotka luovat matalan tason kohinaa. Hän on se, joka lisätään palautettuun signaaliin. Analogisen äänen vähimmäisamplitudia, joka voi aiheuttaa digitaalisen äänen muutoksen, kutsutaan vähiten merkitseväksi bitiksi (LSB). Ja virhe (pyöristys), joka tapahtuu analogisten ja digitaalisten signaalien välillä,kutsutaan kvantisointivirheeksi.
