Trong điện tử, mạch DAC là một loại hệ thống. Chính cô ấy là người chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số sang tín hiệu tương tự.
Có một số mạch DAC. Tính phù hợp cho một ứng dụng cụ thể được xác định bởi các chỉ số chất lượng bao gồm độ phân giải, tỷ lệ mẫu tối đa và các chỉ số khác.
Chuyển đổi kỹ thuật số sang tín hiệu tương tự có thể làm giảm khả năng truyền tín hiệu, vì vậy cần tìm một thiết bị có lỗi nhỏ về ứng dụng.
Ứng dụng
DAC thường được sử dụng trong máy nghe nhạc để chuyển đổi các luồng thông tin số thành tín hiệu âm thanh tương tự. Chúng cũng được sử dụng trong TV và điện thoại di động để chuyển đổi dữ liệu video thành tín hiệu video, tương ứng, được kết nối với trình điều khiển màn hình để hiển thị hình ảnh đơn sắc hoặc nhiều màu.
Đó là hai ứng dụng sử dụng mạch DAC ở hai đầu đối diện của sự thỏa hiệp giữa mật độ và số điểm ảnh. Âm thanh là loại tần số thấp với độ phân giải cao và video là loại tần số cao với hình ảnh từ thấp đến trung bình.
Do sự phức tạp và nhu cầu về các thành phần được kết hợp cẩn thận, tất cả trừ các DAC chuyên dụng nhất được thực hiện dưới dạng mạch tích hợp (IC). Các liên kết rời rạc thường là loại cực kỳ nhanh, độ phân giải thấp, tiết kiệm điện năng được sử dụng trong các hệ thống radar quân sự. Thiết bị kiểm tra tốc độ rất cao, đặc biệt là máy hiện sóng lấy mẫu, cũng có thể sử dụng DAC rời.
Tổng quan
Đầu ra bán cố định của DAC không lọc thông thường được tích hợp vào hầu hết mọi thiết bị và hình ảnh ban đầu hoặc băng thông cuối cùng của thiết kế sẽ làm mượt phản hồi cao độ thành một đường cong liên tục.
Trả lời câu hỏi: “DAC là gì?”, Điều đáng chú ý là thành phần này chuyển đổi một số trừu tượng của độ chính xác hữu hạn (thường là một chữ số điểm cố định nhị phân) thành một giá trị vật lý (ví dụ: điện áp hoặc sức ép). Đặc biệt, chuyển đổi D / A thường được sử dụng để thay đổi dữ liệu chuỗi thời gian thành tín hiệu vật lý thay đổi liên tục.
DAC lý tưởng chuyển đổi các chữ số trừu tượng thành một chuỗi xung khái niệm, sau đó được xử lý bằng bộ lọc tái tạo, sử dụng một số dạng nội suy để điền dữ liệu giữa các xung. Bình thườngmột bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự thực tế thay đổi các con số thành một hàm hằng số mảnh được tạo thành từ một chuỗi các mẫu hình chữ nhật được tạo ra theo thứ tự số không. Ngoài ra, trả lời câu hỏi, "DAC là gì?" cần lưu ý các phương pháp khác (ví dụ, dựa trên điều chế delta-sigma). Chúng tạo ra đầu ra được điều chế theo mật độ xung có thể được lọc tương tự để tạo ra tín hiệu thay đổi mượt mà.
Theo định lý lấy mẫu Nyquist-Shannon, DAC có thể tái tạo lại rung động ban đầu từ dữ liệu được lấy mẫu, miễn là vùng thâm nhập của nó đáp ứng các yêu cầu nhất định (ví dụ: xung băng tần cơ sở với mật độ dòng thấp hơn). Mẫu kỹ thuật số đại diện cho lỗi lượng tử hóa, xuất hiện dưới dạng nhiễu mức thấp trong tín hiệu được tái tạo.
Sơ đồ chức năng đơn giản hóa của công cụ 8-bit
Cần lưu ý ngay rằng mô hình phổ biến nhất là bộ chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số sang tương tự Real Cable NANO-DAC. DAC là một phần của công nghệ tiên tiến đã đóng góp đáng kể vào cuộc cách mạng kỹ thuật số. Để minh họa, hãy xem xét các cuộc gọi điện thoại đường dài điển hình.
Giọng nói của người gọi được chuyển đổi thành tín hiệu điện tương tự bằng cách sử dụng micrô, và sau đó xung này được chuyển thành một luồng kỹ thuật số cùng với DAC. Sau đó, gói sau được chia thành các gói mạng, nơi nó có thể được gửi cùng với dữ liệu kỹ thuật số khác. Và nó có thể không nhất thiết phải là âm thanh.
Sau đó góiđược chấp nhận tại điểm đến, nhưng mỗi người trong số họ có thể đi một con đường hoàn toàn khác nhau và thậm chí không đến đích theo đúng thứ tự và đúng thời điểm. Dữ liệu thoại kỹ thuật số sau đó được trích xuất từ các gói và tập hợp thành một luồng dữ liệu chung. DAC chuyển đổi tín hiệu này trở lại thành tín hiệu điện tương tự điều khiển bộ khuếch đại âm thanh (chẳng hạn như bộ chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số sang tương tự Real Cable NANO-DAC). Và anh ấy, đến lượt mình, kích hoạt loa, cuối cùng tạo ra âm thanh cần thiết.
Âm thanh
Hầu hết các tín hiệu âm thanh hiện đại được lưu trữ dưới dạng kỹ thuật số (ví dụ: MP3 và CD). Để có thể nghe được qua loa, chúng phải được chuyển đổi thành một xung lực tương tự. Vì vậy, bạn có thể tìm thấy một bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự cho TV, đầu đĩa CD, hệ thống âm nhạc kỹ thuật số và card âm thanh PC.
DAC độc lập chuyên dụng cũng có thể được tìm thấy trong các hệ thống Hi-Fi chất lượng cao. Chúng thường lấy đầu ra kỹ thuật số của đầu đĩa CD tương thích hoặc xe chuyên dụng và chuyển đổi tín hiệu thành đầu ra tương tự mức đường truyền, sau đó có thể được đưa vào bộ khuếch đại để điều khiển loa.
Có thể tìm thấy các bộ chuyển đổi D / A tương tự trong các cột kỹ thuật số như loa USB và card âm thanh.
Trong các ứng dụng Thoại qua IP, nguồn trước tiên phải được số hóa để truyền, do đó, nó được chuyển đổi qua ADC và sau đó được chuyển đổi sang tương tự bằng cách sử dụng DAC trênbên nhận. Ví dụ: phương pháp này được sử dụng cho một số bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (TV).
Hình
Lấy mẫu có xu hướng hoạt động trên một quy mô hoàn toàn khác về tổng thể, do phản ứng phi tuyến tính cao của cả ống tia âm cực (mà phần lớn sản xuất video kỹ thuật số được sử dụng) và mắt người, sử dụng đường cong gamma để cung cấp sự xuất hiện của các bước độ sáng được phân bố đồng đều trên toàn bộ dải động của màn hình. Do đó, nhu cầu sử dụng RAMDAC trong các ứng dụng video máy tính có độ phân giải màu khá sâu, do đó, việc tạo giá trị mã hóa cứng trong DAC cho mỗi mức đầu ra của mỗi kênh là không thực tế (ví dụ: Atari ST hoặc Sega Genesis sẽ cần 24 giá trị này; thẻ video 24 bit sẽ cần 768).
Với sự biến dạng cố hữu này, không có gì lạ khi TV hoặc máy chiếu video được tuyên bố trung thực là có tỷ lệ tương phản tuyến tính (sự khác biệt giữa mức đầu ra tối nhất và sáng nhất) từ 1.000: 1 trở lên. Điều này tương đương với 10 bit độ trung thực của âm thanh, ngay cả khi nó chỉ có thể nhận tín hiệu với độ trung thực 8 bit và sử dụng màn hình LCD chỉ hiển thị sáu hoặc bảy bit trên mỗi kênh. Đánh giá DAC được công bố trên cơ sở này.
Tín hiệu video từ nguồn kỹ thuật số như máy tính phải được chuyển đổi sang dạng tương tự nếu chúng được hiển thị trên màn hình. Tương tự từ năm 2007Đầu vào được sử dụng thường xuyên hơn so với đầu vào kỹ thuật số, nhưng điều này đã thay đổi khi màn hình phẳng với kết nối DVI hoặc HDMI trở nên phổ biến hơn. Tuy nhiên, một DAC video được tích hợp vào bất kỳ trình phát video kỹ thuật số nào có cùng đầu ra. Bộ chuyển đổi âm thanh kỹ thuật số sang tương tự thường được tích hợp với một số loại bộ nhớ (RAM) có chứa các bảng tổ chức lại để hiệu chỉnh gamma, độ tương phản và độ sáng để tạo ra một bộ phận cố định được gọi là RAMDAC.
Thiết bị được kết nối từ xa với DAC là một chiết áp điều khiển kỹ thuật số dùng để thu tín hiệu.
Thiết kế cơ
Ví dụ: máy đánh chữ IBM Selectric đã sử dụng DAC không dùng tay để điều khiển bóng.
Mạch chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự như thế này.
Ổ đĩa cơ đơn bit có hai vị trí: một khi bật, một khi tắt. Chuyển động của nhiều bộ truyền động bit đơn có thể được kết hợp và cân bằng bởi thiết bị mà không do dự để có được các bước chính xác hơn.
Đó là máy đánh chữ IBM Selectric sử dụng hệ thống như vậy.
Các loại bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự chính
- Bộ điều biến độ rộng xung trong đó dòng điện hoặc điện áp ổn định được chuyển thành bộ lọc tương tự thông thấp với khoảng thời gian được xác định bởi mã đầu vào kỹ thuật số. Phương pháp này thường được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ và làm mờ đèn LED.
- Bộ chuyển đổi âm thanh kỹ thuật số sang tương tự vớilấy mẫu quá mức hoặc nội suy DAC, chẳng hạn như những DAC sử dụng điều chế delta-sigma, sử dụng phương pháp biến thiên mật độ xung. Có thể đạt được tốc độ trên 100 ksample mỗi giây (ví dụ: 180 kHz) và độ phân giải 28 bit với thiết bị delta-sigma.
- Một phần tử có trọng số nhị phân chứa các thành phần điện riêng biệt cho mỗi bit DAC được kết nối với điểm tổng kết. Chính cô ấy là người có thể thêm bộ khuếch đại hoạt động. Cường độ hiện tại của nguồn tỷ lệ với trọng lượng của bit mà nó tương ứng. Do đó, tất cả các bit khác không của mã được thêm vào trọng số. Điều này là do họ có cùng một nguồn điện áp theo ý của họ. Đây là một trong những phương pháp chuyển đổi nhanh nhất, nhưng nó không hoàn hảo. Vì có một vấn đề: độ trung thực thấp do yêu cầu dữ liệu lớn cho từng điện áp hoặc dòng điện riêng lẻ. Các thành phần có độ chính xác cao như vậy rất đắt tiền, vì vậy loại mô hình này thường bị giới hạn ở độ phân giải 8-bit hoặc thậm chí thấp hơn. Điện trở chuyển mạch có mục đích là bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự trong các nguồn mạng song song. Các trường hợp riêng lẻ được kết nối với điện dựa trên đầu vào kỹ thuật số. Nguyên lý hoạt động của loại bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự này nằm ở nguồn dòng chuyển mạch của DAC, từ đó các phím khác nhau được chọn dựa trên một đầu vào số. Nó bao gồm một dòng tụ điện đồng bộ. Các phần tử đơn lẻ này được kết nối hoặc ngắt kết nối bằng một cơ chế đặc biệt (chân) nằm gần tất cả các phích cắm.
- Bộ chuyển đổi cầu thang kỹ thuật số sang tương tựloại, là một phần tử có trọng số nhị phân. Đến lượt nó, nó sử dụng cấu trúc lặp lại của các giá trị điện trở xếp tầng R và 2R. Điều này cải thiện độ chính xác do tương đối dễ chế tạo của cùng một cơ cấu định mức (hoặc các nguồn hiện tại).
- DAC tuần tự hoặc DAC tuần tự xây dựng đầu ra từng cái một trong mỗi bước. Các bit riêng lẻ của đầu vào kỹ thuật số được xử lý bởi tất cả các trình kết nối cho đến khi toàn bộ đối tượng được tính.
- Nhiệt kế là một DAC được mã hóa có chứa một điện trở hoặc đoạn nguồn dòng bằng nhau cho mỗi giá trị có thể có của đầu ra DAC. Một DAC nhiệt kế 8 bit sẽ có 255 phần tử, và một DAC nhiệt kế 16 bit sẽ có 65,535 phần tử. Đây có lẽ là kiến trúc DAC nhanh nhất và chính xác nhất, nhưng có chi phí cao. Với loại DAC này, tốc độ chuyển đổi trên một tỷ mẫu mỗi giây đã đạt được.
- Bộ DAC hỗn hợp sử dụng kết hợp các phương pháp trên trong một bộ chuyển đổi duy nhất. Hầu hết các IC DAC đều thuộc loại này do khó có chi phí thấp, tốc độ cao và độ chính xác tất cả trong một thiết bị.
- DAC phân đoạn kết hợp nguyên tắc mã hóa nhiệt kế cho các chữ số cao hơn và trọng số nhị phân cho các thành phần thấp hơn. Bằng cách này, đạt được sự thỏa hiệp giữa độ chính xác (sử dụng nguyên tắc mã hóa nhiệt kế) và số lượng điện trở hoặc nguồn dòng điện (sử dụng trọng số nhị phân). Thiết bị sâu với đôihành động có nghĩa là phân đoạn là 0% và thiết kế với mã hóa nhiệt hoàn toàn có 100%.
Hầu hết các DACS trong danh sách này đều dựa vào tham chiếu điện áp không đổi để tạo ra giá trị đầu ra của chúng. Ngoài ra, DAC nhân chấp nhận điện áp đầu vào AC để chuyển đổi chúng. Điều này đặt ra các ràng buộc thiết kế bổ sung trên băng thông của sơ đồ tổ chức lại. Giờ thì đã rõ lý do tại sao lại cần các bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự.
Hiệu suất
DACs rất quan trọng đối với hiệu suất của hệ thống. Đặc điểm quan trọng nhất của các thiết bị này là độ phân giải được tạo ra để sử dụng bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự.
Số mức đầu ra có thể có mà DAC được thiết kế để phát thường được nêu dưới dạng số bit mà nó sử dụng, là lôgarit cơ số hai của số mức. Ví dụ, DAC 1 bit được thiết kế để chơi hai mạch, trong khi DAC 8 bit được thiết kế để chơi 256 mạch. Phần đệm có liên quan đến số lượng bit hiệu dụng, là thước đo độ phân giải thực tế mà DAC đạt được. Độ phân giải xác định độ sâu màu trong các ứng dụng video và tốc độ bit âm thanh trong các thiết bị âm thanh.
Tần số tối đa
Việc đo tốc độ nhanh nhất mà mạch DAC có thể hoạt động mà vẫn tạo ra đầu ra chính xác xác định mối quan hệ giữa nó và băng thông của tín hiệu được lấy mẫu. Như đã nêu ở trên, định lýCác mẫu Nyquist-Shannon liên quan đến các tín hiệu liên tục và rời rạc và tuyên bố rằng bất kỳ tín hiệu nào cũng có thể được tái tạo với độ chính xác bất kỳ từ các bản ghi rời rạc của nó.
Tính đơn điệu
Khái niệm này đề cập đến khả năng của đầu ra tương tự của DAC chỉ di chuyển theo hướng mà đầu vào kỹ thuật số di chuyển. Đặc tính này rất quan trọng đối với các DAC được sử dụng làm nguồn tín hiệu tần số thấp.
Tổng méo hài và nhiễu (THD + N)
Đo độ méo và âm thanh bên ngoài do DAC đưa vào tín hiệu, được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm của tổng số méo hài không mong muốn và nhiễu đi kèm với tín hiệu mong muốn. Đây là một tính năng rất quan trọng đối với các ứng dụng DAC động và đầu ra thấp.
Phạm vi
Một thước đo sự khác biệt giữa tín hiệu lớn nhất và nhỏ nhất mà DAC có thể tái tạo, được biểu thị bằng decibel, thường liên quan đến độ phân giải và mức độ nhiễu.
Các phép đo khác như độ méo pha và chập chờn cũng có thể rất quan trọng đối với một số ứng dụng. Có những thứ (ví dụ: truyền dữ liệu không dây, video tổng hợp) thậm chí có thể dựa vào việc nhận chính xác các tín hiệu được điều chỉnh theo pha.
Lấy mẫu âm thanh PCM tuyến tính thường hoạt động trên độ phân giải của mỗi bit tương đương với biên độ sáu decibel (tăng gấp đôi âm lượng hoặc độ chính xác).
Mã hóa PCM phi tuyến (A-law / Μ-law, ADPCM, NICAM) cố gắng cải thiện phạm vi động hiệu quả của chúng theo nhiều cách khác nhau -kích thước bước logarit giữa các mức âm thanh đầu ra được biểu thị bằng từng bit dữ liệu.
Phân loại bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự
Phân loại theo độ không tuyến tính chia chúng thành:
- Tính không tuyến tính riêng biệt, cho biết hai giá trị mã lân cận khác nhau như thế nào so với 1 bước LSB hoàn hảo.
- Tính phi tuyến tính tích lũy cho biết đường truyền DAC lệch bao xa so với lý tưởng.
Vì vậy, đặc điểm lý tưởng thường là một đường thẳng. INL cho biết điện áp thực tế tại một giá trị mã nhất định khác với dòng này ở các bit nhỏ nhất có ý nghĩa bao nhiêu.
Tăng
Cuối cùng thì tiếng ồn được hạn chế bởi nhiệt độ ồn do các thành phần thụ động như điện trở tạo ra. Đối với các ứng dụng âm thanh và ở nhiệt độ phòng, tín hiệu trắng thường chỉ dưới 1 µV (microvolt). Điều này giới hạn hiệu suất dưới 20 bit ngay cả trong DAC 24 bit.
Hiệu suất trong miền tần số
Dải động không có tạp âm (SFDR) cho biết tỷ lệ giữa công suất của tín hiệu chính được chuyển đổi và độ vọt lố không mong muốn lớn nhất được tính bằng dB.
Tỷ lệ méo tiếng ồn (SNDR) cho biết thuộc tính công suất của âm thanh chính được chuyển đổi thành tổng của nó.
Tổng méo hài (THD) là tổng lũy thừa của tất cả HDi.
Nếu lỗi DNL tối đa nhỏ hơn 1 LSB, thì bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự được đảm bảosẽ đồng đều. Tuy nhiên, nhiều nhạc cụ đơn âm có thể có DNL tối đa lớn hơn 1 LSB.
Hiệu suất miền thời gian:
- Vùng xung kích (năng lượng trục trặc).
- Không chắc chắn về câu trả lời.
- Thời gian phi tuyến (TNL).
Hoạt động cơ bản của DAC
Bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số lấy một số chính xác (thường là số nhị phân điểm cố định) và chuyển đổi nó thành một đại lượng vật lý (chẳng hạn như điện áp hoặc áp suất). DAC thường được sử dụng để tổ chức lại dữ liệu chuỗi thời gian chính xác hữu hạn thành một tín hiệu vật lý thay đổi liên tục.
Bộ chuyển đổi D / A lý tưởng lấy các số trừu tượng từ một nhóm các xung, sau đó được xử lý bằng hình thức nội suy để điền vào dữ liệu giữa các tín hiệu. Một bộ chuyển đổi số sang tương tự thông thường đặt các con số vào một hàm hằng số mảnh bao gồm một chuỗi các giá trị hình chữ nhật, được lập mô hình với giữ thứ tự bằng không.
Bộ chuyển đổi khôi phục tín hiệu ban đầu để băng thông của nó đáp ứng các yêu cầu nhất định. Lấy mẫu kỹ thuật số đi kèm với lỗi lượng tử hóa tạo ra nhiễu ở mức thấp. Chính anh ta là người được thêm vào tín hiệu được khôi phục. Biên độ tối thiểu của âm thanh tương tự có thể khiến âm thanh kỹ thuật số thay đổi được gọi là bit ít quan trọng nhất (LSB). Và lỗi (làm tròn) xảy ra giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu kỹ thuật số,được gọi là lỗi lượng tử hóa.
