U elektronici, DAC krug je svojevrsni sustav. Ona je ta koja pretvara digitalni signal u analogni.
Postoji nekoliko DAC krugova. Prikladnost za određenu primjenu određena je metrikama kvalitete uključujući razlučivost, maksimalnu brzinu uzorkovanja i ostalo.
Digitalno-analogna konverzija može pogoršati slanje signala, stoga je potrebno pronaći instrument koji ima manje greške u smislu primjene.
Prijave
DAC-i se obično koriste u glazbenim playerima za pretvaranje numeričkih tokova informacija u analogne audio signale. Također se koriste u televizorima i mobilnim telefonima za pretvaranje video podataka u video signale, odnosno, koji su povezani s upravljačkim programima zaslona za prikaz jednobojnih ili višebojnih slika.
Upravo ove dvije aplikacije koriste DAC sklopove na suprotnim krajevima kompromisa između gustoće i broja piksela. Audio je vrsta niske frekvencije s visokom razlučivosti, a video je varijanta visoke frekvencije sa niskom do srednjem slikom.
Zbog složenosti i potrebe za pažljivo usklađenim komponentama, svi osim najspecijaliziranijih DAC-ova implementirani su kao integrirani krugovi (IC-ovi). Diskretne veze su tipično iznimno brze, niske rezolucije, koje štede energiju koje se koriste u vojnim radarskim sustavima. Oprema za ispitivanje vrlo velike brzine, posebno osciloskopi za uzorkovanje, također mogu koristiti diskretne DAC-ove.
Pregled
Polukonstantni izlaz konvencionalnog nefiltriranog DAC-a ugrađen je u gotovo svaki uređaj, a početna slika ili konačna širina pojasa dizajna izglađuje odziv visine tona u kontinuiranu krivulju.
Odgovarajući na pitanje: “Što je DAC?”, vrijedno je napomenuti da ova komponenta pretvara apstraktni broj konačne preciznosti (obično binarnu znamenku fiksne točke) u fizičku vrijednost (na primjer, napon ili pritisak). Konkretno, D/A pretvorba se često koristi za promjenu podataka vremenske serije u fizički signal koji se kontinuirano mijenja.
Idealni DAC pretvara apstraktne znamenke u konceptualni niz impulsa, koje zatim obrađuje filter za rekonstrukciju, koristeći neki oblik interpolacije za popunjavanje podataka između impulsa. Običnipraktičan digitalno-analogni pretvarač mijenja brojeve u djeliću konstantnu funkciju sastavljenu od niza pravokutnih uzoraka koji se stvaraju držeći nulti red. Također, odgovarajući na pitanje: "Što je DAC?" vrijedno je napomenuti i druge metode (na primjer, temeljene na delta-sigma modulaciji). Oni stvaraju moduliran izlaz gustoće impulsa koji se može slično filtrirati kako bi proizveo signal koji se glatko mijenja.
Prema Nyquist-Shannonovom teoremu uzorkovanja, DAC može rekonstruirati izvornu vibraciju iz uzorkovanih podataka, pod uvjetom da njegova zona penetracije ispunjava određene zahtjeve (na primjer, puls osnovnog pojasa s nižom gustoćom linije). Digitalni uzorak predstavlja grešku kvantizacije, koja se pojavljuje kao šum niske razine u rekonstruiranom signalu.
Pojednostavljeni funkcionalni dijagram 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 pozivatelja se pretvara u analogni električni signal pomoću mikrofona, a zatim se ovaj puls zajedno s DAC-om mijenja u digitalni tok. 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 ispravnim redoslijedom i u točno vrijeme. Digitalni glasovni podaci se zatim izdvajaju iz paketa i sastavljaju u zajednički tok podataka. DAC to pretvara natrag 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 pohranjena je 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 player, digitalne glazbene sustave i zvučne kartice za PC.
Namjenski samostalni DAC-ovi također se mogu naći u visokokvalitetnim Hi-Fi sustavima. Obično uzimaju digitalni izlaz kompatibilnog CD playera ili namjenskog vozila i pretvaraju signal u analogni izlaz na linijskoj razini koji se zatim može uvesti u pojačalo za pogon zvučnika.
Slični D/A pretvarači mogu se naći u digitalnim stupcima kao što su USB zvučnici i zvučne kartice.
U Voice over IP aplikacijama izvor se prvo mora digitalizirati za prijenos, tako da se pretvara preko ADC-a, a zatim pretvara u analogni pomoću DAC-a nastrana primateljica. Na primjer, ova metoda se koristi za neke digitalno-analogne pretvarače (TV).
Slika
Uzorkovanje ima tendenciju da djeluje na potpuno drugačijem opsegu, zbog izrazito nelinearnog odziva i katodnih cijevi (kojima je namijenjena velika većina digitalne video produkcije) i ljudskog oka, koristeći gama krivulja kako bi se osigurao izgled ravnomjerno raspoređenih koraka svjetline u cijelom dinamičkom rasponu zaslona. Otuda potreba za korištenjem RAMDAC-a u računalnim video aplikacijama s prilično dubokom razlučivosti boja, tako da je nepraktično stvoriti tvrdo kodiranu vrijednost u DAC-u za svaku izlaznu razinu svakog kanala (na primjer, Atari ST ili Sega Genesis bi treba 24 od ovih vrijednosti; 24-bitna video kartica treba 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 najtamnije i najsvjetlije izlazne razine) od 1000:1 ili više. To je ekvivalentno 10 bita vjernosti zvuka, čak i ako može primati samo signale s 8-bitnom vjernošću i koristiti LCD ploču koja prikazuje samo šest ili sedam bita po kanalu. DAC recenzije objavljuju se na temelju toga.
Video signali iz digitalnog izvora kao što je računalo moraju se pretvoriti u analogni oblik ako se žele prikazati na monitoru. Slično od 2007ulazi su se koristili češće od digitalnih, ali to se promijenilo jer su ravni zasloni s DVI ili HDMI priključcima postali češći. Međutim, video DAC je ugrađen u bilo koji digitalni video player s istim izlazima. Digitalno-analogni audio pretvarač obično je integriran s nekom vrstom memorije (RAM) koja sadrži tablice reorganizacije za gama korekciju, kontrast i svjetlinu kako bi se stvorio uređaj pod nazivom RAMDAC.
Uređaj koji je daljinski spojen na DAC je digitalno kontrolirani potenciometar koji se koristi za hvatanje signala.
Mehanički dizajn
Na primjer, pisaći stroj IBM Selectric već koristi neručni DAC za pokretanje lopte.
Krug digitalno-analognog pretvarača izgleda ovako.
Jednobitni mehanički pogon zauzima dva položaja: jedan kada je uključen, drugi kada je isključen. Pokret višestrukih pokretača s jednim bitom može se kombinirati i odmjeriti pomoću uređaja bez oklijevanja kako bi se dobili precizniji koraci.
Takav sustav koristi pisaći stroj IBM Selectric.
Glavne vrste digitalno-analognih pretvarača
- Modulator širine impulsa gdje se stabilna struja ili napon prebacuje u niskopropusni analogni filtar s trajanjem određenim digitalnim ulaznim kodom. Ova metoda se često koristi za kontrolu brzine motora i prigušivanje LED svjetla.
- Pretvarač digitalnog u analogni audio saDAC-ovi za prekomjerno uzorkovanje ili interpolaciju, poput onih koji koriste delta-sigma modulaciju, koriste metodu varijacije gustoće impulsa. Brzine veće od 100 kample u sekundi (npr. 180 kHz) i 28-bitna rezolucija moguće su s delta-sigma uređajem.
- Binarni ponderirani element koji sadrži zasebne električne komponente za svaki DAC bit spojen na točku zbrajanja. Ona je ta koja može zbrojiti operacijsko pojačalo. Jačina struje izvora proporcionalna je težini bita kojem odgovara. Dakle, svi bitovi koda različiti od nule se dodaju težini. To je zato što na raspolaganju imaju isti izvor napona. Ovo je jedna od najbržih metoda pretvorbe, ali nije savršena. Budući da postoji problem: niska vjernost zbog velikih podataka potrebnih za svaki pojedini napon ili struju. Takve komponente visoke preciznosti su skupe, pa je ova vrsta modela obično ograničena na 8-bitnu rezoluciju ili čak i manje. Komutirani otpornik ima svrhu digitalno-analognih pretvarača u paralelnim mrežnim izvorima. Pojedine instance su spojene na struju na temelju digitalnog ulaza. Princip rada ove vrste digitalno-analognog pretvarača leži u komutiranom izvoru struje DAC-a, iz kojeg se na temelju numeričkog ulaza odabiru različiti ključevi. Uključuje sinkroni kondenzatorski vod. Ovi pojedinačni elementi se spajaju ili rastavljaju pomoću posebnog mehanizma (noge) koji se nalazi u blizini svih utikača.
- Digitalno-analogni pretvarači stubištatip, koji je binarno ponderirani element. On, zauzvrat, koristi ponavljajuću strukturu kaskadnih vrijednosti otpornika R i 2R. To poboljšava točnost zbog relativne jednostavnosti izrade mehanizma iste nazivne vrijednosti (ili izvora struje).
- Sekvencijalno napredovanje ili ciklički DAC koji gradi izlaz jedan po jedan tijekom svakog koraka. Pojedinačne bitove digitalnog ulaza obrađuju svi konektori sve dok se ne uračuna cijeli objekt.
- Termometar je kodirani DAC koji sadrži jednak otpornik ili segment izvora struje za svaku moguću vrijednost DAC izlaza. 8-bitni termometarski DAC će imati 255 elemenata, a 16-bitni termometarski DAC će imati 65.535 dijelova. Ovo je možda najbrža i najtočnija DAC arhitektura, ali na račun visoke cijene. S 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 poteškoća u dobivanju niske cijene, velike brzine i točnosti u jednom uređaju.
- Segmentirani DAC koji kombinira princip kodiranja termometra za više znamenke i binarno ponderiranje za niže komponente. Na taj se način postiže kompromis između točnosti (koristeći princip kodiranja termometra) i broja otpornika ili izvora struje (koristeći binarno ponderiranje). Duboki uređaj s duplimradnja znači da je segmentacija 0%, a dizajn s punim termometričkim kodiranjem ima 100%.
Većina DACS-a na ovom popisu oslanja se na referencu konstantnog napona za stvaranje svoje izlazne vrijednosti. Alternativno, DAC za množenje prihvaća ulazni napon izmjenične struje kako bi ih pretvorio. To nameće dodatna ograničenja dizajna na širinu pojasa reorganizacijske sheme. Sada je jasno zašto su potrebni digitalno-analogni pretvarači raznih vrsta.
Izvedba
DAC-ovi su vrlo važni za performanse sustava. Najznačajnija karakteristika ovih uređaja je rezolucija koja je stvorena za korištenje digitalno-analognog pretvarača.
Broj mogućih izlaznih razina za koji je DAC dizajniran za reprodukciju obično se navodi kao broj bitova koje koristi, što je dva osnovna logaritma broja razina. Na primjer, 1-bitni DAC je dizajniran za reprodukciju dva kola, dok je 8-bitni DAC dizajniran za reprodukciju 256 sklopova. Dopuna je povezana s efektivnim brojem bitova, što je mjera stvarne rezolucije koju postiže DAC. Rezolucija određuje dubinu boje u video aplikacijama i brzinu prijenosa zvuka u audio uređajima.
Maksimalna učestalost
Mjerenje najbrže brzine kojom DAC sklop može raditi i još uvijek proizvodi ispravan izlaz određuje odnos između njega i širine pojasa uzorkovanog signala. Kao što je gore navedeno, teoremNyquist-Shannon uzorci povezuju kontinuirane i diskretne signale i tvrdi da se svaki signal može rekonstruirati s bilo kojom točnošću 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 vrlo važna za DAC-ove koji se koriste kao izvor signala niske frekvencije.
Ukupno harmonijsko izobličenje 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 prate željeni signal. Ovo je vrlo važna značajka za dinamične i niske izlazne DAC aplikacije.
Raspon
Mjera razlike između najvećeg i najmanjeg signala koje DAC može reproducirati, izražena u decibelima, obično je povezana s razlučivosti i razinom šuma.
Druga mjerenja kao što su fazno izobličenje i podrhtavanje također mogu biti vrlo važna za neke primjene. Postoje oni (npr. bežični prijenos podataka, kompozitni video) koji se čak mogu osloniti na točan prijem signala prilagođenih fazama.
Linearno PCM audio uzorkovanje obično radi na rezoluciji svakog bita koja je ekvivalentna šest decibela amplitude (udvostručavanje glasnoće ili točnosti).
Nelinearna PCM kodiranja (A-zakon / Μ-zakon, ADPCM, NICAM) pokušavaju poboljšati svoje učinkovite dinamičke raspone na različite načine -logaritamske veličine koraka između izlaznih audio razina 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 1 LSB koraka.
- Kumulativna nelinearnost pokazuje koliko daleko DAC prijenos odstupa od idealnog.
Dakle, idealna karakteristika je obično ravna linija. INL pokazuje koliko se stvarni napon na danoj vrijednosti koda razlikuje od ovog retka u najmanjim bitovima.
Pojačavanje
U konačnici šum je ograničen toplinskim 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. To ograničava performanse na manje od 20 bita čak i u 24-bitnim DAC-ovima.
Izvedba u frekvencijskoj domeni
Dinamički raspon bez lažnih (SFDR) označava u dB omjer snaga pretvorenog glavnog signala i najvećeg neželjenog prekoračenja.
Omjer izobličenja šuma (SNDR) označava u dB svojstvo snage pretvorenog glavnog zvuka u njegov zbroj.
Ukupna harmonijska distorzija (THD) je zbroj snaga svih HDi.
Ako je maksimalna DNL pogreška manja od 1 LSB, tada je digitalno-analogni pretvarač zajamčenbit će ujednačena. Međutim, mnogi monotoni instrumenti mogu imati maksimalan DNL veći od 1 LSB.
Izvedba vremenske domene:
- Glitch impulsna zona (energija greške).
- Neizvjesnost odgovora.
- Vrijeme nelinearnosti (TNL).
Osnovne operacije DAC-a
Analogno-digitalni pretvarač uzima točan broj (najčešće binarni broj s fiksnom točkom) i pretvara ga u fizičku veličinu (kao što je napon ili tlak). 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 pomoću oblika interpolacije za popunjavanje podataka između signala. Konvencionalni digitalno-analogni pretvarač stavlja brojeve u djeliću konstantnu funkciju koja se sastoji od niza pravokutnih vrijednosti, koji je modeliran s držanjem nul-reda.
Pretvarač vraća izvorne signale tako da njegova širina pojasa zadovoljava određene zahtjeve. Digitalno uzorkovanje popraćeno je pogreškama kvantizacije koje stvaraju šum niske razine. 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 pogreška (zaokruživanje) koja se javlja između analognog i digitalnog signala,naziva se greška kvantizacije.
