Elektronikte, DAC devresi bir tür sistemdir. Dijital sinyali analoğa çeviren odur.
Birkaç DAC devresi vardır. Belirli bir uygulama için uygunluk, çözünürlük, maksimum örnekleme hızı ve diğerleri dahil olmak üzere kalite metrikleri tarafından belirlenir.
Dijitalden analoğa dönüştürme, sinyalin gönderilmesini bozabilir, bu nedenle uygulama açısından küçük hatalara sahip bir enstrüman bulmak gerekir.
Uygulamalar
DAC'ler genellikle müzik çalarlarda sayısal bilgi akışlarını analog ses sinyallerine dönüştürmek için kullanılır. Ayrıca televizyonlarda ve cep telefonlarında video verilerini sırasıyla tek renkli veya çok renkli görüntüleri görüntülemek için ekran sürücülerine bağlanan video sinyallerine dönüştürmek için kullanılırlar.
Yoğunluk ve piksel sayısı arasındaki uzlaşmanın zıt uçlarında DAC devrelerini kullanan bu iki uygulamadır. Ses, yüksek çözünürlüklü düşük frekanslı bir türdür ve video, düşük ila orta görüntülü yüksek frekanslı bir türdür.
Karmaşıklık ve dikkatli bir şekilde eşleşen bileşenlere duyulan ihtiyaç nedeniyle, en özel DAC'ler hariç tümü entegre devreler (IC'ler) olarak uygulanır. Ayrık bağlantılar tipik olarak askeri radar sistemlerinde kullanılan son derece hızlı, düşük çözünürlüklü, güç tasarrufu sağlayan türlerdir. Çok yüksek hızlı test ekipmanı, özellikle örnekleme osiloskopları, ayrık DAC'leri de kullanabilir.
Genel Bakış
Geleneksel filtrelenmemiş bir DAC'nin yarı sabit çıkışı hemen hemen her cihazda yerleşiktir ve tasarımın ilk görüntüsü veya son bant genişliği, perde yanıtını sürekli bir eğriye pürüzsüzleştirir.
"DAC nedir?" Sorusunu yanıtlarken, bu bileşenin soyut bir sonlu kesinlik sayısını (genellikle ikili sabit noktalı bir rakam) fiziksel bir değere (örneğin, voltaj veya baskı yapmak). Özellikle, D/A dönüşümü genellikle zaman serisi verilerini sürekli değişen bir fiziksel sinyale dönüştürmek için kullanılır.
İdeal DAC, soyut rakamları, darbeler arasındaki verileri doldurmak için bir tür enterpolasyon kullanarak bir yeniden yapılandırma filtresi tarafından işlenen kavramsal bir darbe dizisine dönüştürür. Sıradanpratik bir dijital-analog dönüştürücü, sayıları sıfırıncı düzende oluşturulan bir dizi dikdörtgen desenden oluşan parçalı sabit bir fonksiyona dönüştürür. Ayrıca, "DAC nedir?" Sorusunu yanıtlayarak. diğer yöntemlere (örneğin, delta-sigma modülasyonuna dayalı) dikkat etmeye değer. Düzgün değişen bir sinyal üretmek için benzer şekilde filtrelenebilen darbe yoğunluğu modülasyonlu bir çıkış oluştururlar.
Nyquist-Shannon örnekleme teoremine göre, DAC, penetrasyon bölgesinin belirli gereksinimleri karşılaması koşuluyla (örneğin, daha düşük hat yoğunluğuna sahip bir temel bant darbesi) örneklenen verilerden orijinal titreşimi yeniden oluşturabilir. Dijital örnek, yeniden oluşturulan sinyalde düşük seviyeli gürültü olarak görünen niceleme hatasını temsil eder.
8 bitlik bir aracın basitleştirilmiş fonksiyon şeması
En popüler modelin Real Cable NANO-DAC dijital-analog dönüştürücü olduğunu hemen belirtmekte fayda var. DAC, dijital devrime önemli katkılarda bulunan ileri teknolojinin bir parçasıdır. Örneklemek için, tipik uzun mesafe telefon görüşmelerini düşünün.
Arayanın sesi bir mikrofon kullanılarak analog bir elektrik sinyaline dönüştürülür ve ardından bu darbe DAC ile birlikte dijital bir akışa dönüştürülür. Bundan sonra, ikincisi diğer dijital verilerle birlikte gönderilebileceği ağ paketlerine bölünür. Ve mutlaka sesli olmayabilir.
Sonra paketlerVarış noktasında kabul edilir, ancak her biri tamamen farklı bir yol izleyebilir ve hatta varış noktasına doğru sırada ve doğru zamanda ulaşamayabilir. Dijital ses verileri daha sonra paketlerden çıkarılır ve ortak bir veri akışında birleştirilir. DAC, bunu bir ses yükselticisini (Gerçek Kablo NANO-DAC dijital-analog dönüştürücü gibi) çalıştıran bir analog elektrik sinyaline geri dönüştürür. Ve sırayla, sonunda gerekli sesi üreten hoparlörü etkinleştirir.
Ses
Çoğu modern akustik sinyal dijital olarak saklanır (örn. MP3 ve CD). Hoparlörler aracılığıyla duyulabilmeleri için benzer bir dürtüye dönüştürülmeleri gerekir. Böylece TV, CD çalar, dijital müzik sistemleri ve PC ses kartları için bir dijital-analog dönüştürücü bulabilirsiniz.
Adanmış bağımsız DAC'ler, yüksek kaliteli Hi-Fi sistemlerinde de bulunabilir. Tipik olarak uyumlu bir CD çaların veya özel aracın dijital çıkışını alırlar ve sinyali, daha sonra hoparlörleri çalıştırmak için bir amplifikatöre beslenebilen hat düzeyinde bir analog çıkışa dönüştürürler.
Benzer D/A dönüştürücüler, USB hoparlörler ve ses kartları gibi dijital sütunlarda bulunabilir.
IP üzerinden Ses uygulamalarında, kaynak iletim için önce dijitalleştirilmelidir, bu nedenle bir ADC aracılığıyla dönüştürülür ve ardından bir DAC kullanılarak analoga dönüştürülür.alıcı taraf. Örneğin, bu yöntem bazı dijital-analog dönüştürücüler (TV) için kullanılır.
Resim
Örnekleme, hem katot ışın tüplerinin (dijital video prodüksiyonunun büyük çoğunluğunun hedeflendiği) hem de insan gözünün yüksek düzeyde doğrusal olmayan tepkisi nedeniyle, genel olarak tamamen farklı bir ölçekte çalışma eğilimindedir. Ekranın tüm dinamik aralığı boyunca eşit olarak dağıtılmış parlaklık adımlarının görünümünü sağlamak için gama eğrisi. Bu nedenle, oldukça derin bir renk çözünürlüğüne sahip bilgisayar video uygulamalarında RAMDAC kullanma ihtiyacı, böylece her kanalın her çıkış seviyesi için DAC'de sabit kodlanmış bir değer oluşturmak pratik değildir (örneğin, bir Atari ST veya Sega Genesis bu değerlerden 24'üne ihtiyaç duyar; 24 bitlik bir ekran kartı 768'e ihtiyaç duyar).
Bu doğal bozulma göz önüne alındığında, bir TV veya video projektörünün 1.000:1 veya daha fazla doğrusal kontrast oranına (en karanlık ve en parlak çıkış seviyeleri arasındaki fark) sahip olduğunun doğru bir şekilde belirtilmesi alışılmadık bir durum değildir. Bu, yalnızca 8 bit aslına uygun sinyalleri alabilse ve kanal başına yalnızca altı veya yedi bit görüntüleyen bir LCD panel kullansa bile, 10 bit ses doğruluğuna eşdeğerdir. DAC incelemeleri bu temelde yayınlanır.
Bilgisayar gibi dijital bir kaynaktan gelen video sinyalleri, monitörde görüntüleneceklerse analog forma dönüştürülmelidir. 2007'den beri benzergirişler dijital olanlardan daha sık kullanıldı, ancak DVI veya HDMI bağlantılı düz panel ekranlar daha yaygın hale geldikçe bu durum değişti. Ancak, aynı çıkışlara sahip herhangi bir dijital video oynatıcıya bir video DAC yerleştirilmiştir. Bir dijital-analog ses dönüştürücü genellikle RAMDAC adlı bir fikstür oluşturmak için gama düzeltmesi, kontrast ve parlaklık için yeniden düzenleme tabloları içeren bir tür bellek (RAM) ile entegre edilir.
DAC'ye uzaktan bağlanan cihaz, sinyali almak için kullanılan dijital olarak kontrol edilen bir potansiyometredir.
Mekanik tasarım
Örneğin, IBM Selectric daktilo, topu sürmek için zaten manuel olmayan bir DAC kullanıyor.
Dijital-analog dönüştürücü devresi şuna benzer.
Tek bit mekanik sürücü iki konum alır: biri açıldığında, diğeri kapatıldığında. Birden fazla tek bitlik aktüatörün hareketi, daha doğru adımlar elde etmek için tereddüt etmeden cihaz tarafından birleştirilebilir ve ağırlıklandırılabilir.
Böyle bir sistemi kullanan IBM Selectric daktilodur.
Dijitalden analoğa dönüştürücülerin ana türleri
- Darbeli bir akımın veya voltajın bir dijital giriş kodu tarafından belirlenen bir süre ile düşük geçişli bir analog filtreye dönüştürüldüğü darbe genişlik modülatörü. Bu yöntem genellikle motor hızını kontrol etmek ve LED ışıklarını kısmak için kullanılır.
- Dijitalden analoğa ses dönüştürücüdelta-sigma modülasyonu kullananlar gibi aşırı örnekleme veya enterpolasyonlu DAC'ler, darbe yoğunluğu varyasyon yöntemini kullanır. Saniyede 100 körnek (örneğin 180 kHz) üzerindeki hızlar ve 28-bit çözünürlük bir delta-sigma cihazıyla elde edilebilir.
- Toplama noktasına bağlı her DAC biti için ayrı elektrik bileşenleri içeren ikili ağırlıklı bir öğe. İşlemsel yükselticiyi ekleyebilen odur. Kaynağın mevcut gücü, karşılık geldiği bitin ağırlığı ile orantılıdır. Böylece kodun sıfır olmayan tüm bitleri ağırlığa eklenir. Bunun nedeni, ellerinde aynı voltaj kaynağına sahip olmalarıdır. Bu, en hızlı dönüştürme yöntemlerinden biridir, ancak mükemmel değildir. Bir sorun olduğundan: her bir voltaj veya akım için gereken büyük veri nedeniyle düşük doğruluk. Bu tür yüksek hassasiyetli bileşenler pahalıdır, bu nedenle bu tür model genellikle 8 bit veya daha az çözünürlükle sınırlıdır. Anahtarlamalı direnç, paralel ağ kaynaklarında dijitalden analoğa dönüştürücüler amacına sahiptir. Bireysel örnekler, bir dijital girişe dayalı olarak elektriğe bağlanır. Bu tür dijital-analog dönüştürücünün çalışma prensibi, sayısal bir girişe göre farklı anahtarların seçildiği DAC'nin anahtarlamalı akım kaynağında yatmaktadır. Senkron bir kapasitör hattı içerir. Bu tekli elemanlar, tüm fişlerin yakınında bulunan özel bir mekanizma (ayak) kullanılarak bağlanır veya bağlantısı kesilir.
- Dijitalden analoğa merdiven dönüştürücülertür, ikili ağırlıklı bir öğedir. Sırayla, kademeli direnç değerleri R ve 2R'nin tekrar eden bir yapısını kullanır. Bu, aynı dereceli mekanizmanın (veya mevcut kaynakların) göreli imalat kolaylığı nedeniyle doğruluğu artırır.
- Her adımda çıktıyı birer birer oluşturan sıralı ilerleme veya döngüsel DAC. Dijital girişin bireysel bitleri, tüm nesne hesaba katılana kadar tüm konektörler tarafından işlenir.
- Termometre, DAC çıkışının her olası değeri için eşit bir direnç veya akım kaynağı segmenti içeren kodlanmış bir DAC'dir. 8 bitlik bir DAC termometresi 255 elemana sahip olacak ve 16 bitlik bir termometre DAC'si 65.535 parçaya sahip olacaktır. Bu belki de en hızlı ve en doğru DAC mimarisidir, ancak yüksek maliyet pahasına. Bu tür DAC ile saniyede bir milyardan fazla örneğin dönüşüm oranlarına ulaşıldı.
- Yukarıdaki yöntemlerin bir kombinasyonunu tek bir dönüştürücüde kullanan Hibrit DAC'ler. Çoğu DAC IC, tek bir cihazda düşük maliyet, yüksek hız ve doğruluk elde etmenin zorluğu nedeniyle bu türdendir.
- Daha yüksek rakamlar için termometre kodlama ilkesini ve daha düşük bileşenler için ikili ağırlıklandırma ilkesini birleştiren Segmentli DAC. Bu şekilde, doğruluk (termometre kodlama ilkesini kullanarak) ile dirençlerin veya akım kaynaklarının sayısı (ikili ağırlık kullanarak) arasında bir uzlaşmaya varılır. Çift derin cihazeylem, segmentasyonun %0 olduğu ve tam termometrik kodlamalı tasarımın %100 olduğu anlamına gelir.
Bu listedeki DACS'lerin çoğu, çıkış değerlerini oluşturmak için sabit bir voltaj referansına dayanır. Alternatif olarak, çarpan DAC, bunları dönüştürmek için AC giriş voltajını kabul eder. Bu, yeniden düzenleme şemasının bant genişliğine ek tasarım kısıtlamaları getirir. Çeşitli türlerde dijital-analog dönüştürücülere neden ihtiyaç duyulduğu artık açık.
Performans
DAC'ler sistem performansı için çok önemlidir. Bu cihazların en önemli özelliği, dijitalden analoğa dönüştürücünün kullanımı için oluşturulan çözünürlüktür.
Bir DAC'nin yürütmek üzere tasarlandığı olası çıkış düzeylerinin sayısı, genellikle kullandığı bit sayısı olarak belirtilir; bu, düzey sayısının temel iki logaritmasıdır. Örneğin, 1 bitlik bir DAC iki devreyi oynatmak için tasarlanırken, 8 bitlik bir DAC 256 devreyi oynatmak için tasarlanmıştır. Doldurma, DAC tarafından elde edilen gerçek çözünürlüğün bir ölçüsü olan etkin bit sayısı ile ilgilidir. Çözünürlük, video uygulamalarında renk derinliğini ve ses cihazlarında ses bit hızını belirler.
Maksimum frekans
Bir DAC devresinin çalışabileceği ve yine de doğru çıktıyı üretebileceği en yüksek hızı ölçmek, bununla örneklenen sinyalin bant genişliği arasındaki ilişkiyi belirler. Yukarıda belirtildiği gibi, teoremNyquist-Shannon örnekleri, sürekli ve ayrık sinyalleri ilişkilendirir ve herhangi bir sinyalin ayrık kayıtlarından herhangi bir doğrulukla yeniden oluşturulabileceğini iddia eder.
Monotonluk
Bu kavram, DAC'ın analog çıkışının yalnızca dijital girişin hareket ettiği yönde hareket etme yeteneğini ifade eder. Bu özellik, düşük frekanslı sinyal kaynağı olarak kullanılan DAC'ler için çok önemlidir.
Toplam harmonik bozulma ve gürültü (THD + N)
DAC tarafından sinyale verilen bozulma ve yabancı seslerin ölçümü, istenen sinyale eşlik eden toplam istenmeyen harmonik bozulma ve gürültü miktarının yüzdesi olarak ifade edilir. Bu, dinamik ve düşük çıkışlı DAC uygulamaları için çok önemli bir özelliktir.
Aralık
Bir DAC'nin yeniden üretebileceği en büyük ve en küçük sinyaller arasındaki farkın desibel cinsinden ifade edilmesi, genellikle çözünürlük ve gürültü seviyesiyle ilgilidir.
Faz bozulması ve titreşim gibi diğer ölçümler de bazı uygulamalar için çok önemli olabilir. Hatta faz ayarlı sinyallerin doğru bir şekilde alınmasına bile güvenebilenler (örneğin, kablosuz veri iletimi, bileşik video) vardır.
Doğrusal PCM ses örneklemesi tipik olarak her bitin altı desibel genliğe eşdeğer bir çözünürlüğünde çalışır (ses seviyesini veya doğruluğu ikiye katlar).
Doğrusal olmayan PCM kodlamaları (A-law / Μ-law, ADPCM, NICAM) etkili dinamik aralıklarını çeşitli şekillerde iyileştirmeye çalışır -her veri biti tarafından temsil edilen çıkış ses seviyeleri arasındaki logaritmik adım boyutları.
Dijitalden analoğa dönüştürücülerin sınıflandırılması
Doğrusal olmayanlığa göre sınıflandırma onları şu şekilde ayırır:
- İki komşu kod değerinin mükemmel 1 LSB adımından nasıl saptığını gösteren ayırt edici doğrusal olmama durumu.
- Kümülatif doğrusal olmama durumu, DAC iletiminin idealden ne kadar saptığını gösterir.
Yani ideal özellik genellikle düz bir çizgidir. INL, belirli bir kod değerindeki gerçek voltajın bu satırdan en az anlamlı bitlerde ne kadar farklı olduğunu gösterir.
Yükselt
Sonuçta gürültü, dirençler gibi pasif bileşenler tarafından üretilen termal uğultu ile sınırlıdır. Ses uygulamaları için ve oda sıcaklığında, bu tipik olarak 1 µV (mikrovolt) beyaz sinyalin hemen altındadır. Bu, performansı 24 bit DAC'lerde bile 20 bitin altına sınırlar.
Sıklık alanındaki performans
Sahte olmayan dinamik aralık (SFDR), dönüştürülen ana sinyalin güçlerinin en büyük istenmeyen aşmaya oranını dB cinsinden belirtir.
Gürültü Bozulma Oranı (SNDR), dönüştürülmüş ana sesin güç özelliğini toplamına dB cinsinden belirtir.
Toplam harmonik bozulma (THD), tüm HDi'lerin güçlerinin toplamıdır.
Maksimum DNL hatası 1 LSB'den azsa, dijitalden analoğa dönüştürücü garanti edilirüniform olacak. Ancak, birçok monotonik enstrümanın maksimum DNL'si 1 LSB'den büyük olabilir.
Zaman alanı performansı:
- Glitch dürtü bölgesi (aksaklık enerjisi).
- Cevabın belirsizliği.
- Doğrusal olmayan zaman (TNL).
DAC Temel İşlemleri
Analogdan dijitale dönüştürücü tam bir sayı (çoğunlukla sabit noktalı ikili sayı) alır ve onu fiziksel bir niceliğe (voltaj veya basınç gibi) dönüştürür. DAC'ler genellikle sonlu kesinlikli zaman serisi verilerini sürekli değişen bir fiziksel sinyale yeniden düzenlemek için kullanılır.
İdeal D/A dönüştürücü, bir darbe dizisinden soyut sayılar alır ve bunlar daha sonra sinyaller arasındaki verileri doldurmak için bir enterpolasyon biçimi kullanılarak işlenir. Geleneksel bir dijital-analog dönüştürücü, sayıları sıfır dereceli tutma ile modellenen bir dikdörtgen değer dizisinden oluşan parçalı sabit bir fonksiyona koyar.
Dönüştürücü, bant genişliğinin belirli gereksinimleri karşılaması için orijinal sinyalleri geri yükler. Dijital örneklemeye, düşük seviyeli gürültü yaratan niceleme hataları eşlik eder. Geri yüklenen sinyale eklenen odur. Dijital bir sesin değişmesine neden olabilen bir analog sesin minimum genliği, en az anlamlı bit (LSB) olarak adlandırılır. Analog ve dijital sinyaller arasında oluşan hata (yuvarlama),niceleme hatası denir.
