Në elektronikë, qarku DAC është një lloj sistemi. Është ajo që konverton sinjalin dixhital në analog.
Ka disa qarqe DAC. Përshtatshmëria për një aplikacion të caktuar përcaktohet nga metrikat e cilësisë duke përfshirë rezolucionin, shkallën maksimale të mostrës dhe të tjera.
Konvertimi nga dixhital në analog mund të degradojë dërgimin e sinjalit, kështu që është e nevojshme të gjendet një instrument që ka gabime të vogla për sa i përket aplikimit.
Aplikacione
DAC zakonisht përdoren në riprodhuesit e muzikës për të kthyer rrjedhat numerike të informacionit në sinjale audio analoge. Ato përdoren gjithashtu në televizorë dhe telefona celularë për të konvertuar të dhënat video në sinjale video, përkatësisht, të cilat lidhen me drejtuesit e ekranit për të shfaqur imazhe monokromatike ose me shumë ngjyra.
Janë këto dy aplikacione që përdorin qarqet DAC në skajet e kundërta të kompromisit midis densitetit dhe numrit të pikselëve. Audioja është një lloj me frekuencë të ulët me rezolucion të lartë dhe video është një variant me frekuencë të lartë me imazh të ulët deri në mesatar.
Për shkak të kompleksitetit dhe nevojës për komponentë të përputhur me kujdes, të gjitha DAC-të, përveç atyre më të specializuara, zbatohen si qarqe të integruara (IC). Lidhjet diskrete zakonisht janë tipe jashtëzakonisht të shpejta, me rezolucion të ulët dhe kursim energjie që përdoren në sistemet e radarëve ushtarakë. Pajisjet e provës me shpejtësi shumë të lartë, veçanërisht oshiloskopët e kampionimit, mund të përdorin gjithashtu DAC diskrete.
Përmbledhje
Dalja gjysmë konstante e një DAC konvencionale të pafiltruar është e integruar pothuajse në çdo pajisje, dhe imazhi fillestar ose gjerësia e brezit përfundimtar të dizajnit zbut përgjigjen e zërit në një kurbë të vazhdueshme.
Duke iu përgjigjur pyetjes: "Çfarë është një DAC?", vlen të përmendet se ky komponent konverton një numër abstrakt të saktësisë së fundme (zakonisht një shifër binar me pikë fikse) në një vlerë fizike (për shembull, tension ose presion). Në veçanti, konvertimi D/A përdoret shpesh për të ndryshuar të dhënat e serive kohore në një sinjal fizik që ndryshon vazhdimisht.
DAC ideal konverton shifrat abstrakte në një tren konceptual pulsesh, të cilat më pas përpunohen nga një filtër rindërtimi, duke përdorur një formë interpolimi për të mbushur të dhënat midis pulseve. E zakonshmenjë konvertues praktik dixhital në analog i ndryshon numrat në një funksion konstant pjesë-pjesë të përbërë nga një sekuencë modelesh drejtkëndëshe që krijohen duke mbajtur rendin zero. Gjithashtu, duke iu përgjigjur pyetjes, "Çfarë është një DAC?" vlen të përmenden metoda të tjera (për shembull, bazuar në modulimin delta-sigma). Ata krijojnë një dalje të moduluar me densitet pulsi që mund të filtrohet në mënyrë të ngjashme për të prodhuar një sinjal që ndryshon pa probleme.
Sipas teoremës së kampionimit Nyquist-Shannon, DAC mund të rindërtojë dridhjen origjinale nga të dhënat e mostrës, me kusht që zona e tij e depërtimit të plotësojë disa kërkesa (për shembull, një impuls i brezit bazë me një densitet më të ulët të linjës). Mostra dixhitale përfaqëson gabimin e kuantizimit, i cili shfaqet si zhurmë e nivelit të ulët në sinjalin e rindërtuar.
Diagrami i thjeshtuar i funksionit të një mjeti 8-bitësh
Vlen të përmendet menjëherë se modeli më i popullarizuar është konverteri i kabllove reale NANO-DAC nga dixhital në analog. DAC është pjesë e një teknologjie të avancuar që ka dhënë një kontribut të rëndësishëm në revolucionin dixhital. Për ta ilustruar, merrni parasysh telefonatat tipike në distanca të gjata.
Zëri i telefonuesit konvertohet në një sinjal elektrik analog duke përdorur një mikrofon dhe më pas ky puls shndërrohet në një transmetim dixhital së bashku me DAC. Pas kësaj, kjo e fundit ndahet në pako rrjeti, ku mund të dërgohet së bashku me të dhëna të tjera dixhitale. Dhe mund të mos jetë domosdoshmërisht audio.
Pastaj paketatpranohen në destinacion, por secili prej tyre mund të marrë një rrugë krejtësisht të ndryshme dhe as të mos arrijë në destinacion në rendin e duhur dhe në kohën e duhur. Të dhënat dixhitale të zërit më pas nxirren nga paketat dhe grumbullohen në një rrjedhë të përbashkët të të dhënave. DAC e kthen këtë përsëri në një sinjal elektrik analog që drejton një përforcues audio (siç është konverteri i kabllove reale NANO-DAC nga dixhital në analog). Dhe ai, nga ana tjetër, aktivizon altoparlantin, i cili më në fund prodhon tingullin e nevojshëm.
Audio
Shumica e sinjaleve akustike moderne ruhen në mënyrë dixhitale (p.sh. MP3 dhe CD). Për t'u dëgjuar përmes altoparlantëve, ato duhet të shndërrohen në një impuls të ngjashëm. Kështu që mund të gjeni një konvertues dixhital në analog për TV, CD player, sisteme muzikore dixhitale dhe karta zanore për PC.
DAC të pavarura të dedikuara mund të gjenden gjithashtu në sistemet Hi-Fi me cilësi të lartë. Zakonisht ata marrin daljen dixhitale të një CD player të përputhshëm ose automjeti të dedikuar dhe konvertojnë sinjalin në një dalje analoge të nivelit të linjës që më pas mund të futet në një përforcues për të drejtuar altoparlantët.
Konvertues të ngjashëm D/A mund të gjenden në kolonat dixhitale si altoparlantët USB dhe kartat e zërit.
Në aplikacionet Voice over IP, burimi fillimisht duhet të dixhitalizohet për transmetim, kështu që ai konvertohet nëpërmjet një ADC dhe më pas konvertohet në analog duke përdorur një DAC nëpala marrëse. Për shembull, kjo metodë përdoret për disa konvertues dixhital në analog (TV).
Figura
Marrja e mostrës tenton të funksionojë në një shkallë krejtësisht të ndryshme në përgjithësi, për shkak të reagimit shumë jolinear të të dy tubave me rreze katodike (për të cilat shumica dërrmuese e prodhimit të videos dixhitale është destinuar) dhe syrit të njeriut, duke përdorur një lakorja gama për të siguruar pamjen e hapave të ndriçimit të shpërndarë në mënyrë të barabartë në të gjithë gamën dinamike të ekranit. Prandaj nevoja për të përdorur RAMDAC në aplikacionet kompjuterike video me një rezolucion mjaft të thellë ngjyrash, kështu që nuk është praktike të krijohet një vlerë e koduar në DAC për çdo nivel daljeje të secilit kanal (për shembull, një Atari ST ose Sega Genesis do të nevojiten 24 nga këto vlera; një kartë video 24-bit do të kishte nevojë për 768).
Duke pasur parasysh këtë shtrembërim të qenësishëm, nuk është e pazakontë që një televizor ose videoprojektor të thuhet me të vërtetë se ka një raport linear kontrasti (diferenca midis niveleve më të errëta dhe më të ndritshme të daljes) prej 1000:1 ose më shumë. Kjo është e barabartë me 10 bit besnikëri tingulli, edhe nëse mund të marrë sinjale vetëm me besnikëri 8-bit dhe të përdorë një panel LCD që shfaq vetëm gjashtë ose shtatë bit për kanal. Rishikimet e DAC publikohen mbi këtë bazë.
Sinjalet video nga një burim dixhital si p.sh. një kompjuter duhet të konvertohen në formë analoge nëse do të shfaqen në një monitor. Ngjashëm që nga viti 2007hyrjet përdoreshin më shpesh sesa ato dixhitale, por kjo ka ndryshuar pasi ekranet e sheshtë me lidhje DVI ose HDMI janë bërë më të zakonshme. Megjithatë, një video DAC është ndërtuar në çdo riprodhues video dixhital me të njëjtat dalje. Një konvertues audio dixhital në analog zakonisht integrohet me një lloj memorie (RAM) që përmban tabela riorganizimi për korrigjimin e gamës, kontrastin dhe ndriçimin për të krijuar një pajisje të quajtur RAMDAC.
Pajisja që lidhet në distancë me DAC është një potenciometër i kontrolluar në mënyrë dixhitale që përdoret për të marrë sinjalin.
Dizajn mekanik
Për shembull, makina shkrimi IBM Selectric përdor tashmë një DAC jo-manual për të drejtuar topin.
Qarku i konvertuesit dixhital në analog duket kështu.
Disku mekanik me një bit zë dy pozicione: një kur ndizet, tjetri kur fiket. Lëvizja e aktivizuesve me shumë bit mund të kombinohet dhe peshohet nga pajisja pa hezitim për të marrë hapa më të saktë.
Është makina shkrimi IBM Selectric që përdor një sistem të tillë.
Llojet kryesore të konvertuesve dixhital në analog
- Modulator i gjerësisë së pulsit ku një rrymë ose tension i qëndrueshëm kalohet në një filtër analog me kalim të ulët me një kohëzgjatje të përcaktuar nga një kod hyrës dixhital. Kjo metodë përdoret shpesh për të kontrolluar shpejtësinë e motorit dhe dritat e zbehta LED.
- Konvertues audio dixhital në analog meMbingarkimi ose interpolimi i DAC-ve, si ato që përdorin modulimin delta-sigma, përdorin metodën e ndryshimit të densitetit të pulsit. Shpejtësitë mbi 100 kshample për sekondë (p.sh. 180 kHz) dhe rezolucioni 28-bit arrihen me një pajisje delta-sigma.
- Një element i peshuar binar që përmban përbërës elektrikë të veçantë për çdo bit DAC të lidhur me pikën e mbledhjes. Është ajo që mund të shtojë përforcuesin operacional. Fuqia aktuale e burimit është proporcionale me peshën e bitit të cilit i përgjigjet. Kështu, të gjitha pjesët jo zero të kodit i shtohen peshës. Kjo për shkak se ata kanë në dispozicion të njëjtin burim tensioni. Kjo është një nga metodat më të shpejta të konvertimit, por nuk është perfekte. Meqenëse ekziston një problem: besueshmëri e ulët për shkak të të dhënave të mëdha që kërkohen për çdo tension ose rrymë individuale. Komponentë të tillë me precizion të lartë janë të shtrenjtë, kështu që ky lloj modeli zakonisht kufizohet në rezolucion 8-bit ose edhe më pak. Rezistenca e ndërruar ka për qëllim konvertuesit dixhital në analog në burimet e rrjetit paralel. Instancat individuale lidhen me energjinë elektrike bazuar në një hyrje dixhitale. Parimi i funksionimit të këtij lloji të konvertuesit dixhital në analog qëndron në burimin e rrymës së ndërruar të DAC, nga i cili zgjidhen çelësa të ndryshëm bazuar në një hyrje numerike. Ai përfshin një linjë kondensator sinkron. Këta elementë të vetëm lidhen ose shkëputen duke përdorur një mekanizëm të veçantë (këmbë) që ndodhet pranë të gjitha prizave.
- Konvertuesit e shkallëve dixhitale në analogelloji, i cili është një element i peshuar binar. Ai, nga ana tjetër, përdor një strukturë përsëritëse të vlerave të kaskadës së rezistencës R dhe 2R. Kjo përmirëson saktësinë për shkak të lehtësisë relative të fabrikimit të të njëjtit mekanizëm të vlerësuar (ose burimeve aktuale).
- Përparim vijues ose DAC ciklik që ndërton daljen një nga një gjatë çdo hapi. Bitët individuale të një hyrjeje dixhitale përpunohen nga të gjithë lidhësit derisa të llogaritet i gjithë objekti.
- Termometri është një DAC i koduar që përmban një rezistencë të barabartë ose segment të burimit të rrymës për çdo vlerë të mundshme të daljes DAC. Një termometër 8-bit DAC do të ketë 255 elementë, dhe një termometër 16-bit DAC do të ketë 65,535 pjesë. Kjo është ndoshta arkitektura më e shpejtë dhe më e saktë DAC, por në kurriz të kostos së lartë. Me këtë lloj DAC, janë arritur norma konvertimi prej mbi një miliard mostra në sekondë.
- DAC hibride që përdorin një kombinim të metodave të mësipërme në një konvertues të vetëm. Shumica e IC-ve DAC janë të këtij lloji për shkak të vështirësisë për të marrë kosto të ulët, shpejtësi të lartë dhe saktësi të gjitha në një pajisje.
- DAC i segmentuar që kombinon parimin e kodimit të termometrit për shifra më të larta dhe peshën binar për komponentët më të ulët. Në këtë mënyrë, arrihet një kompromis midis saktësisë (duke përdorur parimin e kodimit të termometrit) dhe numrit të rezistorëve ose burimeve të rrymës (duke përdorur peshën binar). Pajisja e thellë me dysheveprimi do të thotë se segmentimi është 0%, dhe dizajni me kodim të plotë termometrik ka 100%.
Shumica e DACS në këtë listë mbështeten në një referencë të tensionit konstant për të krijuar vlerën e tyre të daljes. Përndryshe, DAC shumëzues pranon tensionin e hyrjes AC për t'i konvertuar ato. Kjo imponon kufizime shtesë të projektimit në gjerësinë e brezit të skemës së riorganizimit. Tani është e qartë pse nevojiten konvertues dixhital në analog të llojeve të ndryshme.
Performanca
DAC janë shumë të rëndësishme për performancën e sistemit. Karakteristikat më domethënëse të këtyre pajisjeve është rezolucioni që është krijuar për përdorimin e një konverteri dixhital në analog.
Numri i niveleve të mundshme të daljes që një DAC është projektuar për të luajtur zakonisht shprehet si numri i biteve që përdor, që është logaritmi bazë dy i numrit të niveleve. Për shembull, një DAC 1-bit është krijuar për të luajtur dy qarqe, ndërsa një DAC 8-bit është krijuar për të luajtur 256 qarqe. Mbushja lidhet me numrin efektiv të biteve, që është një masë e rezolucionit aktual të arritur nga DAC. Rezolucioni përcakton thellësinë e ngjyrës në aplikacionet video dhe shpejtësinë e biteve të audios në pajisjet audio.
Frekuenca maksimale
Matja e shpejtësisë më të shpejtë që një qark DAC mund të funksionojë dhe të prodhojë ende daljen e saktë përcakton marrëdhënien midis tij dhe gjerësisë së brezit të sinjalit të mostrës. Siç u tha më lart, teoremaMostrat Nyquist-Shannon lidhin sinjale të vazhdueshme dhe diskrete dhe pretendon se çdo sinjal mund të rindërtohet me çdo saktësi nga të dhënat e tij diskrete.
Monotoniciteti
Ky koncept i referohet aftësisë së daljes analoge të DAC për të lëvizur vetëm në drejtimin që lëviz hyrja dixhitale. Kjo karakteristikë është shumë e rëndësishme për DAC që përdoren si burim sinjali me frekuencë të ulët.
Deformim dhe zhurmë harmonike totale (THD + N)
Matja e shtrembërimit dhe tingujve të jashtëm të futur nga DAC në sinjal, shprehur si përqindje e sasisë totale të shtrembërimit të padëshiruar harmonik dhe zhurmës që shoqëron sinjalin e dëshiruar. Ky është një veçori shumë e rëndësishme për aplikacionet DAC dinamike dhe me dalje të ulët.
Raga
Një masë e diferencës midis sinjaleve më të mëdha dhe më të vogla që mund të riprodhojë një DAC, e shprehur në decibel, zakonisht lidhet me rezolucionin dhe nivelin e zhurmës.
Matje të tjera si shtrembërimi i fazës dhe nervozizmi mund të jenë gjithashtu shumë të rëndësishme për disa aplikacione. Ka nga ato (p.sh. transmetimi i të dhënave me valë, video e përbërë) që madje mund të mbështeten në marrjen e saktë të sinjaleve të rregulluara sipas fazës.
Sampionimi linear i audios PCM zakonisht funksionon në një rezolucion të çdo biti të barabartë me gjashtë decibel amplitudë (duke dyfishuar volumin ose saktësinë).
Enkodimet jolineare PCM (A-law / Μ-law, ADPCM, NICAM) përpiqen të përmirësojnë intervalet e tyre dinamike efektive në mënyra të ndryshme -madhësitë e hapave logaritmike ndërmjet niveleve të audios dalëse të përfaqësuara nga çdo pjesë e të dhënave.
Klasifikimi i konvertuesve dixhital në analog
Klasifikimi sipas jolinearitetit i ndan ato në:
- Jolinearitet dallues, i cili tregon se si dy vlera kodi fqinje devijojnë nga hapi i përsosur 1 LSB.
- Jolineariteti kumulativ tregon se sa larg devijon transmetimi DAC nga ideali.
Pra, tipari ideal është zakonisht një vijë e drejtë. INL tregon se sa tensioni aktual në një vlerë të caktuar kodi ndryshon nga kjo linjë në bitet më pak të rëndësishme.
Nxitje
Në fund të fundit, zhurma kufizohet nga zhurma termike e krijuar nga komponentë pasivë si rezistorët. Për aplikimet audio dhe në temperaturën e dhomës, kjo zakonisht është pak më pak se 1 µV (mikrovolt) e sinjalit të bardhë. Kjo kufizon performancën në më pak se 20 bit edhe në DAC 24-bit.
Performanca në domenin e frekuencës
Diapazoni dinamik pa gënjeshtra (SFDR) tregon në dB raportin e fuqive të sinjalit kryesor të konvertuar me tejkalimin më të madh të padëshiruar.
Raporti i shtrembërimit të zhurmës (SNDR) tregon në dB vetinë e fuqisë së tingullit kryesor të konvertuar në shumën e tij.
Deformimi total harmonik (THD) është shuma e fuqive të të gjithë HDi.
Nëse gabimi maksimal DNL është më pak se 1 LSB, atëherë konverteri dixhital në analog është i garantuardo të jetë uniforme. Megjithatë, shumë instrumente monotonike mund të kenë një DNL maksimale më të madhe se 1 LSB.
Performanca e domenit të kohës:
- Zona e impulsit të defektit (energjia e defekteve).
- Pasiguria e përgjigjes.
- Koha e jolinearitetit (TNL).
Operacionet bazë të DAC
Një konvertues analog në dixhital merr një numër të saktë (më shpesh një numër binar me pikë fikse) dhe e konverton atë në një sasi fizike (si tensioni ose presioni). DAC-të përdoren shpesh për të riorganizuar të dhënat e serive kohore me precizion të fundëm në një sinjal fizik që ndryshon vazhdimisht.
Konvertuesi ideal D/A merr numra abstraktë nga një tren pulsesh, të cilat më pas përpunohen duke përdorur një formë interpolimi për të mbushur të dhënat midis sinjaleve. Një konvertues konvencional dixhital në analog i vendos numrat në një funksion konstant pjesë-pjesë të përbërë nga një sekuencë vlerash drejtkëndëshe, e cila është modeluar me mbajtjen e rendit zero.
Konvertuesi rikthen sinjalet origjinale në mënyrë që gjerësia e brezit të tij të plotësojë disa kërkesa. Marrja e mostrave dixhitale shoqërohet me gabime kuantizimi që krijojnë zhurmë të nivelit të ulët. Është ai që i shtohet sinjalit të rivendosur. Amplituda minimale e një tingulli analog që mund të shkaktojë ndryshimin e një tingulli dixhital quhet biti më pak i rëndësishëm (LSB). Dhe gabimi (rrumbullakimi) që ndodh midis sinjaleve analoge dhe dixhitale,quhet gabim kuantizimi.
