En electrònica, el circuit DAC és una mena de sistema. És ella qui converteix el senyal digital en analògic.
Hi ha diversos circuits DAC. La idoneïtat per a una aplicació concreta ve determinada per mètriques de qualitat, com ara la resolució, la freqüència de mostreig màxima i altres.
La conversió de digital a analògic pot degradar l'enviament del senyal, per la qual cosa cal trobar un instrument que tingui petits errors d'aplicació.
Aplicacions
Els DAC s'utilitzen normalment en reproductors de música per convertir fluxos numèrics d'informació en senyals d'àudio analògics. També s'utilitzen en televisors i telèfons mòbils per convertir dades de vídeo en senyals de vídeo, respectivament, que es connecten a controladors de pantalla per mostrar imatges monocromàtiques o multicolors.
Aquestes dues aplicacions utilitzen circuits DAC en extrems oposats del compromís entre densitat i recompte de píxels. L'àudio és un tipus de baixa freqüència amb alta resolució i el vídeo és una variant d' alta freqüència amb una imatge baixa o mitjana.
A causa de la complexitat i la necessitat de components acuradament combinats, tots els DAC menys els més especialitzats s'implementen com a circuits integrats (CI). Els enllaços discrets solen ser extremadament ràpids, de baixa resolució i tipus d'estalvi d'energia que s'utilitzen en sistemes de radar militars. Els equips de prova de molt alta velocitat, especialment els oscil·loscopis de mostreig, també poden utilitzar DAC discrets.
Visió general
La sortida semi-constant d'un DAC convencional sense filtrat està integrada a gairebé qualsevol dispositiu, i la imatge inicial o l'amplada de banda final del disseny suavitza la resposta de to en una corba contínua.
Contestant la pregunta: "Què és un DAC?", val la pena assenyalar que aquest component converteix un nombre abstracte de precisió finita (normalment un dígit binari de punt fix) en un valor físic (per exemple, voltatge o pressió). En particular, la conversió D/A s'utilitza sovint per canviar les dades de sèries temporals en un senyal físic que canvia contínuament.
El DAC ideal converteix els dígits abstractes en un tren conceptual de polsos, que després són processats per un filtre de reconstrucció, utilitzant algun tipus d'interpolació per omplir les dades entre polsos. Ordinariun pràctic convertidor digital-analògic canvia els números en una funció constant per trossos formada per una seqüència de patrons rectangulars que es creen mantenint l'ordre zero. A més, responent a la pregunta "Què és un DAC?" val la pena destacar altres mètodes (per exemple, basats en la modulació delta-sigma). Creen una sortida modulada per densitat de pols que es pot filtrar de manera similar per produir un senyal que varia suaument.
Segons el teorema de mostreig de Nyquist-Shannon, el DAC pot reconstruir la vibració original a partir de les dades mostrejades, sempre que la seva zona de penetració compleixi certs requisits (per exemple, un pols de banda base amb una densitat de línia més baixa). La mostra digital representa l'error de quantificació, que apareix com a soroll de baix nivell al senyal reconstruït.
Diagrama de funcions simplificat d'una eina de 8 bits
Val la pena assenyalar de seguida que el model més popular és el convertidor digital a analògic Real Cable NANO-DAC. El DAC forma part d'una tecnologia avançada que ha fet una contribució important a la revolució digital. Per il·lustrar-ho, tingueu en compte les trucades telefòniques de llarga distància habituals.
La veu de la persona que truca es converteix en un senyal elèctric analògic mitjançant un micròfon, i després aquest pols es converteix en un flux digital juntament amb el DAC. Després d'això, aquest últim es divideix en paquets de xarxa, on es pot enviar juntament amb altres dades digitals. I pot ser que no sigui necessàriament àudio.
A continuació, paquetss'accepten a la destinació, però cadascun d'ells pot fer una ruta completament diferent i ni tan sols arribar a la destinació en l'ordre i hora correctes. Aleshores, les dades de veu digitals s'extreuen dels paquets i s'ajunten en un flux de dades comú. El DAC torna a convertir-ho en un senyal elèctric analògic que impulsa un amplificador d'àudio (com el convertidor digital a analògic NANO-DAC Real Cable). I ell, al seu torn, activa l' altaveu, que finalment produeix el so necessari.
Àudio
La majoria dels senyals acústics moderns s'emmagatzemen digitalment (per exemple, MP3 i CD). Per ser escoltats a través dels altaveus, s'han de convertir en un impuls semblant. Així que podeu trobar un convertidor de digital a analògic per a TV, reproductor de CD, sistemes de música digital i targetes de so per a PC.
Els DAC autònoms dedicats també es poden trobar en sistemes d' alta fidelitat d' alta qualitat. Normalment prenen la sortida digital d'un reproductor de CD compatible o d'un vehicle dedicat i converteixen el senyal en una sortida analògica de nivell de línia que després es pot alimentar a un amplificador per impulsar els altaveus.
Es poden trobar convertidors D/A similars a columnes digitals, com ara altaveus USB i targetes de so.
A les aplicacions de veu sobre IP, primer s'ha de digitalitzar la font per a la transmissió, de manera que es converteix mitjançant un ADC i després es converteix a analògic mitjançant un DAC activat.la part receptora. Per exemple, aquest mètode s'utilitza per a alguns convertidors de digital a analògic (TV).
Imatge
El mostreig acostuma a operar a una escala completament diferent en general, a causa de la resposta altament no lineal tant dels tubs de raigs catòdics (al qual ha estat destinada la gran majoria de la producció de vídeo digital) com de l'ull humà, utilitzant un corba gamma per proporcionar l'aspecte de passos de brillantor distribuïts uniformement en tot el rang dinàmic de la pantalla. D'aquí la necessitat d'utilitzar RAMDAC en aplicacions de vídeo informàtics amb una resolució de color bastant profunda, de manera que no és pràctic crear un valor codificat en dur al DAC per a cada nivell de sortida de cada canal (per exemple, un Atari ST o Sega Genesis necessiteu 24 d'aquests valors; una targeta de vídeo de 24 bits en necessitaria 768).
Donada aquesta distorsió inherent, no és estrany que un televisor o un projector de vídeo s'afirmin amb veritat que tinguin una relació de contrast lineal (la diferència entre els nivells de sortida més foscos i més brillants) de 1.000:1 o més. Això equival a 10 bits de fidelitat de so, fins i tot si només pot rebre senyals amb fidelitat de 8 bits i utilitzar un panell LCD que només mostra sis o set bits per canal. Les revisions del DAC es publiquen sobre aquesta base.
Els senyals de vídeo d'una font digital, com ara un ordinador, s'han de convertir a forma analògica si es volen mostrar en un monitor. Similar des del 2007Les entrades s'utilitzaven amb més freqüència que les digitals, però això ha canviat a mesura que s'han tornat més habituals les pantalles de pantalla plana amb connexions DVI o HDMI. Tanmateix, un DAC de vídeo està integrat a qualsevol reproductor de vídeo digital amb les mateixes sortides. Normalment, un convertidor d'àudio digital a analògic s'integra amb algun tipus de memòria (RAM) que conté taules de reorganització per a la correcció gamma, el contrast i la brillantor per crear un dispositiu anomenat RAMDAC.
El dispositiu que està connectat de forma remota al DAC és un potenciòmetre controlat digitalment que s'utilitza per captar el senyal.
Disseny mecànic
Per exemple, la màquina d'escriure IBM Selectric ja utilitza un DAC no manual per conduir la pilota.
El circuit convertidor de digital a analògic té aquest aspecte.
La unitat mecànica d'un bit té dues posicions: una quan està encès, l' altra quan està apagada. El moviment de diversos actuadors d'un sol bit es pot combinar i ponderar amb el dispositiu sense dubtar-ho per obtenir passos més precisos.
És la màquina d'escriure IBM Selectric que utilitza aquest sistema.
Tipus principals de convertidors de digital a analògic
- Modulador d'amplada de pols on es canvia un corrent o una tensió estables a un filtre analògic de pas baix amb una durada determinada per un codi d'entrada digital. Aquest mètode s'utilitza sovint per controlar la velocitat del motor i atenuar els llums LED.
- Conversor d'àudio digital a analògic ambEl sobremostreig o la interpolació dels DAC, com els que utilitzen modulació delta-sigma, utilitzen el mètode de variació de la densitat de pols. Amb un dispositiu delta-sigma es poden assolir velocitats superiors a 100 ksample (per exemple, 180 kHz) i una resolució de 28 bits.
- Un element ponderat binari que conté components elèctrics separats per a cada bit DAC connectat al punt de suma. És ella qui pot sumar l'amplificador operacional. La força actual de la font és proporcional al pes del bit al qual correspon. Així, tots els bits diferents de zero del codi s'afegeixen al pes. Això es deu al fet que tenen la mateixa font de tensió a la seva disposició. Aquest és un dels mètodes de conversió més ràpids, però no és perfecte. Ja que hi ha un problema: baixa fidelitat a causa de les grans dades necessàries per a cada voltatge o corrent individual. Aquests components d' alta precisió són cars, de manera que aquest tipus de model normalment es limita a una resolució de 8 bits o fins i tot menys. La resistència commutada té el propòsit de convertir-se digital a analògic en fonts de xarxa paral·leles. Les instàncies individuals es connecten a l'electricitat a partir d'una entrada digital. El principi de funcionament d'aquest tipus de convertidor digital-analògic rau en la font de corrent commutada del DAC, a partir de la qual es seleccionen diferents tecles en funció d'una entrada numèrica. Inclou una línia de condensadors síncrons. Aquests elements individuals es connecten o desconnecten mitjançant un mecanisme especial (peu) que es troba a prop de tots els endolls.
- Convertidors d'escales de digital a analògictipus, que és un element ponderat binari. Al seu torn, utilitza una estructura repetida dels valors de resistències en cascada R i 2R. Això millora la precisió a causa de la relativa facilitat de fabricació del mateix mecanisme classificat (o fonts actuals).
- Avanç seqüencial o DAC cíclic que construeix la sortida una per una durant cada pas. Tots els connectors processen els bits individuals d'una entrada digital fins que es té en compte tot l'objecte.
- El termòmetre és un DAC codificat que conté una resistència igual o un segment de font de corrent per a cada valor possible de la sortida del DAC. Un termòmetre DAC de 8 bits tindrà 255 elements, i un termòmetre DAC de 16 bits tindrà 65.535 parts. Aquesta és potser l'arquitectura DAC més ràpida i precisa, però a costa d'un alt cost. Amb aquest tipus de DAC, s'han aconseguit taxes de conversió de més de mil milions de mostres per segon.
- DAC híbrids que utilitzen una combinació dels mètodes anteriors en un sol convertidor. La majoria de circuits integrats DAC són d'aquest tipus a causa de la dificultat d'aconseguir un baix cost, una alta velocitat i una precisió tot en un sol dispositiu.
- DAC segmentat que combina el principi de codificació del termòmetre per als dígits més alts i la ponderació binària per als components més baixos. D'aquesta manera, s'arriba a un compromís entre la precisió (utilitzant el principi de codificació del termòmetre) i el nombre de resistències o fonts de corrent (utilitzant la ponderació binària). Dispositiu profund amb dobleL'acció significa que la segmentació és del 0% i el disseny amb codificació termomètrica completa té el 100%.
La majoria dels DACS d'aquesta llista es basen en una referència de tensió constant per crear el seu valor de sortida. Alternativament, el DAC multiplicador accepta tensió d'entrada de CA per convertir-los. Això imposa restriccions de disseny addicionals a l'ample de banda de l'esquema de reorganització. Ara està clar per què es necessiten convertidors de digital a analògic de diversos tipus.
Rendiment
Els DAC són molt importants per al rendiment del sistema. Les característiques més significatives d'aquests dispositius és la resolució que es crea per a l'ús d'un convertidor digital-analògic.
El nombre de nivells de sortida possibles per a què està dissenyat un DAC s'indica normalment com el nombre de bits que utilitza, que és el logaritme base dos del nombre de nivells. Per exemple, un DAC d'1 bit està dissenyat per reproduir dos circuits, mentre que un DAC de 8 bits està dissenyat per reproduir 256 circuits. El farciment està relacionat amb el nombre efectiu de bits, que és una mesura de la resolució real aconseguida pel DAC. La resolució determina la profunditat de color a les aplicacions de vídeo i la taxa de bits d'àudio en dispositius d'àudio.
Freqüència màxima
La mesura de la velocitat més ràpida a la qual pot funcionar un circuit DAC i encara produir la sortida correcta determina la relació entre aquesta i l'amplada de banda del senyal mostrejat. Com s'ha dit anteriorment, el teoremaLes mostres de Nyquist-Shannon relacionen senyals continus i discrets i afirma que qualsevol senyal es pot reconstruir amb qualsevol precisió a partir dels seus registres discrets.
Monotonicitat
Aquest concepte es refereix a la capacitat de la sortida analògica del DAC per moure's només en la direcció en què es mou l'entrada digital. Aquesta característica és molt important per als DAC utilitzats com a font de senyal de baixa freqüència.
Distorsió harmònica total i soroll (THD + N)
Mesura de la distorsió i els sons estranys introduïts pel DAC al senyal, expressat com a percentatge de la quantitat total de distorsió harmònica no desitjada i soroll que acompanya el senyal desitjat. Aquesta és una característica molt important per a aplicacions DAC dinàmiques i de baixa sortida.
Rang
Una mesura de la diferència entre els senyals més grans i els més petits que pot reproduir un DAC, expressada en decibels, sol estar relacionada amb la resolució i el nivell de soroll.
Altres mesures, com ara la distorsió de fase i la fluctuació, també poden ser molt importants per a algunes aplicacions. N'hi ha (p. ex., transmissió de dades sense fil, vídeo compost) que fins i tot poden dependre de la recepció precisa de senyals ajustats en fase.
El mostreig d'àudio PCM lineal normalment funciona amb una resolució de cada bit equivalent a sis decibels d'amplitud (doblant el volum o la precisió).
Les codificacions PCM no lineals (llei A / llei Μ, ADPCM, NICAM) intenten millorar els seus rangs dinàmics efectius de diverses maneres:mides de pas logarítmics entre els nivells d'àudio de sortida representats per cada bit de dades.
Classificació dels convertidors de digital a analògic
La classificació per no linealitat els divideix en:
- No linealitat distintiva, que mostra com dos valors de codi veïns es desvien del pas perfecte d'1 LSB.
- La no linealitat acumulada indica fins a quin punt la transmissió DAC es desvia de l'ideal.
Així que la característica ideal sol ser una línia recta. INL mostra quant difereix la tensió real a un valor de codi determinat d'aquesta línia en els bits menys significatius.
Boost
En última instància, el soroll està limitat pel brunzit tèrmic generat per components passius com les resistències. Per a aplicacions d'àudio i a temperatura ambient, normalment és poc menys d'1 µV (microvolt) de senyal blanc. Això limita el rendiment a menys de 20 bits fins i tot en DAC de 24 bits.
Rendiment al domini de la freqüència
El rang dinàmic sense espurios (SFDR) indica en dB la relació entre les potències del senyal principal convertit i la superació no desitjada més gran.
La relació de distorsió del soroll (SNDR) indica en dB la propietat de potència del so principal convertit a la seva suma.
La distorsió harmònica total (THD) és la suma de les potències de tots els HDi.
Si l'error DNL màxim és inferior a 1 LSB, el convertidor digital a analògic està garantitserà uniforme. Tanmateix, molts instruments monòtons poden tenir un DNL màxim superior a 1 LSB.
Rendiment del domini temporal:
- Zona d'impuls de fallada (energia de fallada).
- Incertesa de la resposta.
- Temps de no linealitat (TNL).
Operacions bàsiques de DAC
Un convertidor analògic a digital pren un nombre exacte (la majoria de vegades un nombre binari de punt fix) i el converteix en una magnitud física (com ara voltatge o pressió). Els DAC s'utilitzen sovint per reorganitzar dades de sèries temporals de precisió finita en un senyal físic que canvia contínuament.
El convertidor D/A ideal pren nombres abstractes d'un tren de polsos, que després es processen mitjançant una forma d'interpolació per omplir dades entre senyals. Un convertidor convencional de digital a analògic posa els nombres en una funció constant per trossos que consisteix en una seqüència de valors rectangulars, que es modela amb una retenció d'ordre zero.
El convertidor restaura els senyals originals perquè el seu ample de banda compleixi determinats requisits. El mostreig digital va acompanyat d'errors de quantificació que creen un soroll de baix nivell. És ell qui s'afegeix al senyal restaurat. L'amplitud mínima d'un so analògic que pot provocar un canvi en un so digital s'anomena bit menys significatiu (LSB). I l'error (arrodoniment) que es produeix entre els senyals analògics i digitals,s'anomena error de quantificació.
