Dalam elektronik, litar DAC ialah sejenis sistem. Dialah yang menukar isyarat digital kepada analog.
Terdapat beberapa litar DAC. Kesesuaian untuk aplikasi tertentu ditentukan oleh metrik kualiti termasuk peleraian, kadar sampel maksimum dan lain-lain.
Penukaran digital-ke-analog boleh merendahkan penghantaran isyarat, jadi anda perlu mencari instrumen yang mempunyai ralat kecil dari segi penggunaan.
Aplikasi
DAC biasanya digunakan dalam pemain muzik untuk menukar aliran maklumat berangka kepada isyarat audio analog. Ia juga digunakan dalam televisyen dan telefon mudah alih untuk menukar data video kepada isyarat video, masing-masing, yang disambungkan kepada pemacu skrin untuk memaparkan imej monokromatik atau berbilang warna.
Kedua-dua aplikasi inilah yang menggunakan litar DAC pada hujung yang bertentangan dengan kompromi antara ketumpatan dan kiraan piksel. Audio ialah jenis frekuensi rendah dengan resolusi tinggi dan video ialah varian frekuensi tinggi dengan imej rendah hingga sederhana.
Disebabkan kerumitan dan keperluan untuk komponen dipadankan dengan teliti, semua kecuali DAC yang paling khusus dilaksanakan sebagai litar bersepadu (IC). Pautan diskret lazimnya adalah jenis yang sangat pantas, resolusi rendah, penjimatan kuasa yang digunakan dalam sistem radar tentera. Peralatan ujian kelajuan sangat tinggi, terutamanya osiloskop pensampelan, juga boleh menggunakan DAC diskret.
Ikhtisar
Keluaran separa malar bagi DAC tidak ditapis konvensional dibina ke dalam hampir mana-mana peranti, dan imej awal atau lebar jalur akhir reka bentuk melicinkan tindak balas nada menjadi lengkung berterusan.
Menjawab soalan: “Apakah itu DAC?”, perlu diperhatikan bahawa komponen ini menukar nombor abstrak ketepatan terhingga (biasanya digit titik tetap binari) kepada nilai fizikal (contohnya, voltan atau tekanan). Khususnya, penukaran D/A sering digunakan untuk menukar data siri masa kepada isyarat fizikal yang sentiasa berubah.
DAC yang ideal menukarkan digit abstrak kepada rangkaian denyutan konseptual, yang kemudiannya diproses oleh penapis pembinaan semula, menggunakan beberapa bentuk interpolasi untuk mengisi data antara denyutan. Biasapenukar digital-ke-analog yang praktikal menukar nombor menjadi fungsi pemalar sekeping yang terdiri daripada urutan corak segi empat tepat yang dicipta dengan memegang tertib sifar. Juga, menjawab soalan, "Apakah DAC?" perlu diperhatikan kaedah lain (contohnya, berdasarkan modulasi delta-sigma). Mereka mencipta output termodulat ketumpatan nadi yang boleh ditapis serupa untuk menghasilkan isyarat yang berbeza-beza dengan lancar.
Menurut teorem persampelan Nyquist-Shannon, DAC boleh membina semula getaran asal daripada data sampel, dengan syarat zon penembusannya memenuhi keperluan tertentu (contohnya, nadi jalur asas dengan ketumpatan garis yang lebih rendah). Sampel digital mewakili ralat pengkuantitian, yang muncul sebagai hingar tahap rendah dalam isyarat yang dibina semula.
Rajah fungsi dipermudahkan alat 8-bit
Perlu diingat dengan segera bahawa model yang paling popular ialah Real Cable NANO-DAC digital-to-analogue converter. DAC adalah sebahagian daripada teknologi canggih yang telah memberikan sumbangan besar kepada revolusi digital. Untuk menggambarkan, pertimbangkan panggilan telefon jarak jauh biasa.
Suara pemanggil ditukar menjadi isyarat elektrik analog menggunakan mikrofon, dan kemudian nadi ini ditukar kepada aliran digital bersama-sama dengan DAC. Selepas itu, yang terakhir dibahagikan kepada paket rangkaian, di mana ia boleh dihantar bersama dengan data digital lain. Dan ia mungkin tidak semestinya audio.
Kemudian bungkusditerima di destinasi, tetapi setiap daripada mereka mungkin mengambil laluan yang sama sekali berbeza malah tidak sampai ke destinasi dalam susunan yang betul dan pada masa yang betul. Data suara digital kemudiannya diekstrak daripada paket dan dipasang ke dalam aliran data biasa. DAC menukarkannya kembali kepada isyarat elektrik analog yang memacu penguat audio (seperti penukar digital-ke-analog NANO-DAC Kabel Nyata). Dan dia, seterusnya, mengaktifkan pembesar suara, yang akhirnya menghasilkan bunyi yang diperlukan.
Audio
Kebanyakan isyarat akustik moden disimpan secara digital (cth MP3 dan CD). Untuk didengari melalui pembesar suara, mereka mesti ditukar kepada impuls yang sama. Jadi anda boleh mencari penukar digital-ke-analog untuk TV, pemain CD, sistem muzik digital dan kad bunyi PC.
DAC kendiri khusus juga boleh didapati dalam sistem Hi-Fi berkualiti tinggi. Mereka biasanya mengambil output digital pemain CD yang serasi atau kenderaan khusus dan menukar isyarat kepada output analog peringkat talian yang kemudiannya boleh dimasukkan ke dalam penguat untuk memacu pembesar suara.
Penukar D/A yang serupa boleh didapati dalam lajur digital seperti pembesar suara USB dan kad bunyi.
Dalam aplikasi Voice over IP, sumber mesti terlebih dahulu didigitalkan untuk penghantaran, jadi ia ditukar melalui ADC dan kemudian ditukar kepada analog menggunakan DAC padapihak yang menerima. Sebagai contoh, kaedah ini digunakan untuk beberapa penukar digital-ke-analog (TV).
Gambar
Pensampelan cenderung untuk beroperasi pada skala yang sama sekali berbeza secara keseluruhan, disebabkan oleh tindak balas yang sangat tidak linear bagi kedua-dua tiub sinar katod (yang sebahagian besar pengeluaran video digital telah ditakdirkan) dan mata manusia, menggunakan lengkung gamma untuk memberikan penampilan langkah kecerahan teragih sama rata pada keseluruhan julat dinamik paparan. Oleh itu keperluan untuk menggunakan RAMDAC dalam aplikasi video komputer dengan resolusi warna yang agak dalam, jadi tidak praktikal untuk mencipta nilai berkod keras dalam DAC untuk setiap tahap output setiap saluran (contohnya, Atari ST atau Sega Genesis akan memerlukan 24 daripada nilai ini; kad video 24-bit memerlukan 768).
Memandangkan herotan yang wujud ini, adalah perkara biasa bagi TV atau projektor video untuk dinyatakan dengan jujur mempunyai nisbah kontras linear (perbezaan antara tahap output paling gelap dan paling terang) 1,000:1 atau lebih. Ini bersamaan dengan 10 bit kesetiaan bunyi, walaupun ia hanya boleh menerima isyarat dengan kesetiaan 8-bit dan menggunakan panel LCD yang hanya memaparkan enam atau tujuh bit setiap saluran. Ulasan DAC diterbitkan atas dasar ini.
Isyarat video daripada sumber digital seperti komputer mesti ditukar kepada bentuk analog jika ia mahu dipaparkan pada monitor. Begitu juga sejak 2007input telah digunakan lebih kerap daripada yang digital, tetapi ini telah berubah kerana paparan panel rata dengan sambungan DVI atau HDMI telah menjadi lebih biasa. Walau bagaimanapun, DAC video dibina ke dalam mana-mana pemain video digital dengan output yang sama. Penukar audio digital-ke-analog biasanya disepadukan dengan beberapa jenis memori (RAM) yang mengandungi jadual penyusunan semula untuk pembetulan gamma, kontras dan kecerahan untuk mencipta lekapan yang dipanggil RAMDAC.
Peranti yang disambungkan dari jauh ke DAC ialah potensiometer dikawal secara digital yang digunakan untuk mengambil isyarat.
Reka bentuk mekanikal
Sebagai contoh, mesin taip IBM Selectric sudah menggunakan DAC bukan manual untuk memacu bola.
Litar penukar digital-ke-analog kelihatan seperti ini.
Pemacu mekanikal bit tunggal mengambil dua kedudukan: satu apabila dihidupkan, satu lagi apabila dimatikan. Pergerakan berbilang penggerak bit tunggal boleh digabungkan dan ditimbang oleh peranti tanpa teragak-agak untuk mendapatkan langkah yang lebih tepat.
Mesin taip Selectric IBM yang menggunakan sistem sedemikian.
Jenis utama penukar digital-ke-analog
- Pemodulator lebar denyut di mana arus atau voltan yang stabil ditukar kepada penapis analog laluan rendah dengan tempoh yang ditentukan oleh kod input digital. Kaedah ini sering digunakan untuk mengawal kelajuan motor dan lampu LED yang malap.
- Penukar audio digital ke analog denganpensampelan berlebihan atau interpolasi DAC, seperti yang menggunakan modulasi delta-sigma, menggunakan kaedah variasi ketumpatan nadi. Kelajuan melebihi 100 ksample sesaat (cth. 180 kHz) dan resolusi 28-bit boleh dicapai dengan peranti delta-sigma.
- Elemen berwajaran binari yang mengandungi komponen elektrik yang berasingan untuk setiap bit DAC yang disambungkan ke titik penjumlahan. Dialah yang boleh menambah penguat operasi. Kekuatan semasa sumber adalah berkadar dengan berat bit yang sepadan dengannya. Oleh itu, semua bit bukan sifar kod ditambah pada berat. Ini kerana mereka mempunyai sumber voltan yang sama di pelupusan mereka. Ini adalah salah satu kaedah penukaran terpantas, tetapi ia tidak sempurna. Oleh kerana terdapat masalah: kesetiaan rendah disebabkan oleh data besar yang diperlukan untuk setiap voltan atau arus individu. Komponen berketepatan tinggi sedemikian mahal, jadi model jenis ini biasanya terhad kepada resolusi 8-bit atau lebih rendah. Perintang bertukar mempunyai tujuan penukar digital-ke-analog dalam sumber rangkaian selari. Kejadian individu disambungkan kepada elektrik berdasarkan input digital. Prinsip operasi penukar digital-ke-analog jenis ini terletak pada sumber arus tersuis DAC, dari mana kekunci yang berbeza dipilih berdasarkan input berangka. Ia termasuk talian kapasitor segerak. Elemen tunggal ini disambungkan atau diputuskan menggunakan mekanisme khas (kaki) yang terletak berhampiran semua palam.
- Penukar tangga digital-ke-analogjenis, iaitu elemen berwajaran binari. Ia, seterusnya, menggunakan struktur berulang nilai perintang berlatarkan R dan 2R. Ini meningkatkan ketepatan disebabkan oleh kemudahan relatif fabrikasi mekanisme penarafan yang sama (atau sumber semasa).
- Pendahuluan berurutan atau DAC kitaran yang membina output satu demi satu semasa setiap langkah. Bit individu input digital diproses oleh semua penyambung sehingga keseluruhan objek diambil kira.
- Termometer ialah DAC berkod yang mengandungi perintang atau segmen sumber arus yang sama untuk setiap kemungkinan nilai keluaran DAC. DAC termometer 8-bit akan mempunyai 255 elemen, dan DAC termometer 16-bit akan mempunyai 65,535 bahagian. Ini mungkin seni bina DAC terpantas dan paling tepat, tetapi dengan mengorbankan kos yang tinggi. Dengan jenis DAC ini, kadar penukaran lebih satu bilion sampel sesaat telah dicapai.
- DAC Hibrid yang menggunakan gabungan kaedah di atas dalam satu penukar. Kebanyakan IC DAC adalah jenis ini kerana kesukaran mendapatkan kos rendah, kelajuan tinggi dan ketepatan semua dalam satu peranti.
- DAC bersegmen yang menggabungkan prinsip pengekodan termometer untuk digit yang lebih tinggi dan pemberat binari untuk komponen yang lebih rendah. Dengan cara ini, kompromi dicapai antara ketepatan (menggunakan prinsip pengekodan termometer) dan bilangan perintang atau sumber semasa (menggunakan pemberat binari). Peranti dalam dengan dua kali gandatindakan bermakna pembahagian ialah 0% dan reka bentuk dengan pengekodan termometrik penuh mempunyai 100%.
Kebanyakan DACS dalam senarai ini bergantung pada rujukan voltan malar untuk mencipta nilai keluarannya. Sebagai alternatif, DAC darab menerima voltan input AC untuk menukarnya. Ini mengenakan kekangan reka bentuk tambahan pada lebar jalur skim penyusunan semula. Kini jelas mengapa penukar digital-ke-analog pelbagai jenis diperlukan.
Prestasi
DAC adalah sangat penting untuk prestasi sistem. Ciri yang paling ketara bagi peranti ini ialah peleraian yang dicipta untuk penggunaan penukar digital-ke-analog.
Bilangan tahap keluaran yang mungkin DAC direka bentuk untuk dimainkan biasanya dinyatakan sebagai bilangan bit yang digunakannya, iaitu logaritma dua asas bagi bilangan tahap. Sebagai contoh, DAC 1-bit direka untuk memainkan dua litar, manakala DAC 8-bit direka untuk memainkan 256 litar. Padding berkaitan dengan bilangan bit berkesan, yang merupakan ukuran resolusi sebenar yang dicapai oleh DAC. Resolusi menentukan kedalaman warna dalam aplikasi video dan kadar bit audio dalam peranti audio.
Kekerapan maksimum
Mengukur kelajuan terpantas litar DAC boleh beroperasi dan masih menghasilkan output yang betul menentukan hubungan antara litar dan lebar jalur isyarat sampel. Seperti yang dinyatakan di atas, teoremSampel Nyquist-Shannon mengaitkan isyarat berterusan dan diskret dan mendakwa bahawa sebarang isyarat boleh dibina semula dengan sebarang ketepatan daripada rekod diskretnya.
Monotonicity
Konsep ini merujuk kepada keupayaan output analog DAC untuk bergerak hanya ke arah pergerakan input digital. Ciri ini sangat penting untuk DAC yang digunakan sebagai sumber isyarat frekuensi rendah.
Jumlah herotan dan hingar harmonik (THD + N)
Pengukuran herotan dan bunyi luar yang diperkenalkan oleh DAC ke dalam isyarat, dinyatakan sebagai peratusan daripada jumlah jumlah herotan harmonik yang tidak diingini dan bunyi yang mengiringi isyarat yang diingini. Ini ialah ciri yang sangat penting untuk aplikasi DAC keluaran dinamik dan rendah.
Julat
Ukuran perbezaan antara isyarat terbesar dan terkecil yang boleh dihasilkan semula oleh DAC, dinyatakan dalam desibel, biasanya berkaitan dengan resolusi dan tahap hingar.
Ukuran lain seperti herotan fasa dan jitter juga boleh menjadi sangat penting untuk sesetengah aplikasi. Terdapat (cth, penghantaran data wayarles, video komposit) yang boleh bergantung pada isyarat terlaras fasa menerima dengan tepat.
Pensampelan audio PCM linear biasanya berfungsi pada resolusi setiap bit bersamaan dengan enam desibel amplitud (menggandakan volum atau ketepatan).
Pengekodan PCM tidak linear (A-law / Μ-law, ADPCM, NICAM) cuba meningkatkan julat dinamik yang berkesan dalam pelbagai cara -saiz langkah logaritma antara tahap audio output yang diwakili oleh setiap bit data.
Klasifikasi penukar digital-ke-analog
Pengkelasan mengikut bukan lineariti membahagikannya kepada:
- Ketaklinearan tersendiri, yang menunjukkan cara dua nilai kod jiran menyimpang daripada langkah 1 LSB yang sempurna.
- Ketaklinearan kumulatif menunjukkan sejauh mana transmisi DAC menyimpang daripada ideal.
Jadi ciri yang ideal biasanya ialah garis lurus. INL menunjukkan berapa banyak voltan sebenar pada nilai kod tertentu berbeza daripada baris ini dalam bit paling tidak ketara.
Boost
Akhirnya hingar dihadkan oleh dengung haba yang dihasilkan oleh komponen pasif seperti perintang. Untuk aplikasi audio dan pada suhu bilik, ini biasanya hanya di bawah 1 µV (mikrovolt) isyarat putih. Ini mengehadkan prestasi kepada kurang daripada 20 bit walaupun dalam DAC 24-bit.
Prestasi dalam domain kekerapan
Julat dinamik bebas palsu (SFDR) menunjukkan dalam dB nisbah kuasa isyarat utama yang ditukar kepada overshoot terbesar yang tidak diingini.
Nisbah Herotan Bunyi (SNDR) menunjukkan dalam dB sifat kuasa bunyi utama yang ditukar kepada jumlahnya.
Jumlah herotan harmonik (THD) ialah jumlah kuasa semua HDi.
Jika ralat DNL maksimum kurang daripada 1 LSB, maka penukar digital-ke-analog dijaminakan seragam. Walau bagaimanapun, banyak instrumen monotonik boleh mempunyai DNL maksimum lebih besar daripada 1 LSB.
Prestasi domain masa:
- Zon impuls gangguan (tenaga gangguan).
- Ketidakpastian jawapan.
- Masa tidak linear (TNL).
Kendalian Asas DAC
Penukar analog-ke-digital mengambil nombor tepat (kebiasaannya nombor perduaan titik tetap) dan menukarkannya kepada kuantiti fizikal (seperti voltan atau tekanan). DAC sering digunakan untuk menyusun semula data siri masa ketepatan terhingga menjadi isyarat fizikal yang sentiasa berubah.
Penukar D/A yang ideal mengambil nombor abstrak daripada rangkaian denyutan, yang kemudiannya diproses menggunakan bentuk interpolasi untuk mengisi data antara isyarat. Penukar digital-ke-analog konvensional meletakkan nombor ke dalam fungsi pemalar sekeping yang terdiri daripada jujukan nilai segi empat tepat, yang dimodelkan dengan penahanan tertib sifar.
Penukar memulihkan isyarat asal supaya lebar jalurnya memenuhi keperluan tertentu. Persampelan digital disertakan dengan ralat pengkuantitian yang menghasilkan hingar tahap rendah. Dialah yang ditambah kepada isyarat yang dipulihkan. Amplitud minimum bunyi analog yang boleh menyebabkan bunyi digital berubah dipanggil bit paling ketara (LSB). Dan ralat (pembundaran) yang berlaku antara isyarat analog dan digital,dipanggil ralat pengkuantitian.
