In der Elektronik ist die DAC-Sch altung eine Art System. Sie ist es, die das digitale Signal in ein analoges umwandelt.
Es gibt mehrere DAC-Sch altungen. Die Eignung für eine bestimmte Anwendung wird durch Qualitätsmetriken wie Auflösung, maximale Abtastrate und andere bestimmt.
Digital-Analog-Umwandlung kann das Senden des Signals beeinträchtigen, daher ist es notwendig, ein Instrument zu finden, das geringfügige Anwendungsfehler aufweist.
Bewerbungen
DACs werden typischerweise in Musikplayern verwendet, um numerische Informationsströme in analoge Audiosignale umzuwandeln. Sie werden auch in Fernsehern und Mobiltelefonen verwendet, um Videodaten in Videosignale umzuwandeln, die mit Bildschirmtreibern verbunden sind, um einfarbige oder mehrfarbige Bilder anzuzeigen.
Es sind diese beiden Anwendungen, die DAC-Sch altungen an entgegengesetzten Enden des Kompromisses zwischen Dichte und Pixelanzahl verwenden. Audio ist ein niederfrequenter Typ mit hoher Auflösung und Video ist eine hochfrequente Variante mit einem niedrigen bis mittleren Bild.
Aufgrund der Komplexität und der Notwendigkeit sorgfältig abgestimmter Komponenten werden alle bis auf die spezialisiertesten DACs als integrierte Sch altkreise (ICs) implementiert. Diskrete Verbindungen sind typischerweise extrem schnelle, energiesparende Typen mit niedriger Auflösung, die in militärischen Radarsystemen verwendet werden. Sehr schnelle Testgeräte, insbesondere Sampling-Oszilloskope, können auch diskrete DACs verwenden.
Übersicht
Die halbkonstante Ausgabe eines herkömmlichen ungefilterten DAC ist in fast jedem Gerät eingebaut, und das anfängliche Bild oder die endgültige Bandbreite des Designs glättet die Tonhöhenantwort in eine kontinuierliche Kurve.
Bei der Beantwortung der Frage: „Was ist ein DAC? Druck). Insbesondere wird die D/A-Wandlung häufig verwendet, um Zeitreihendaten in ein sich kontinuierlich änderndes physikalisches Signal umzuwandeln.
Der ideale DAC wandelt abstrakte Ziffern in eine konzeptionelle Folge von Impulsen um, die dann von einem Rekonstruktionsfilter verarbeitet werden, wobei eine Art Interpolation verwendet wird, um die Daten zwischen den Impulsen auszufüllen. OrdinärEin praktischer Digital-Analog-Wandler wandelt die Zahlen in eine stückweise konstante Funktion um, die aus einer Folge von rechteckigen Mustern besteht, die die nullte Ordnung enth alten. Auch die Beantwortung der Frage "Was ist ein DAC?" Es ist erwähnenswert, andere Methoden (z. B. basierend auf Delta-Sigma-Modulation) zu erwähnen. Sie erzeugen einen pulsdichtemodulierten Ausgang, der auf ähnliche Weise gefiltert werden kann, um ein sanft variierendes Signal zu erzeugen.
Nach dem Abtasttheorem von Nyquist-Shannon kann der DAC die ursprüngliche Schwingung aus den abgetasteten Daten rekonstruieren, sofern seine Durchdringungszone bestimmte Anforderungen erfüllt (z. B. ein Basisbandpuls mit geringerer Liniendichte). Das digitale Sample stellt den Quantisierungsfehler dar, der im rekonstruierten Signal als Rauschen mit niedrigem Pegel erscheint.
Vereinfachtes Funktionsdiagramm eines 8-Bit-Tools
Es ist gleich darauf hinzuweisen, dass das beliebteste Modell der Digital-Analog-Wandler NANO-DAC von Real Cable ist. Der DAC ist Teil einer fortschrittlichen Technologie, die einen wesentlichen Beitrag zur digitalen Revolution geleistet hat. Betrachten Sie zur Veranschaulichung typische Ferngespräche.
Die Stimme des Anrufers wird mit einem Mikrofon in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt, und dieser Impuls wird dann zusammen mit dem DAC in einen digitalen Strom umgewandelt. Letztere werden danach in Netzwerkpakete aufgeteilt, wo sie zusammen mit anderen digitalen Daten versendet werden können. Und es muss nicht unbedingt Audio sein.
Dann Paketeam Zielort akzeptiert werden, aber jeder von ihnen kann eine ganz andere Route nehmen und das Ziel nicht einmal in der richtigen Reihenfolge und zur richtigen Zeit erreichen. Die digitalen Sprachdaten werden dann aus den Paketen extrahiert und zu einem gemeinsamen Datenstrom zusammengesetzt. Der DAC wandelt dies zurück in ein analoges elektrisches Signal, das einen Audioverstärker antreibt (z. B. den NANO-DAC-Digital-Analog-Wandler von Real Cable). Und der wiederum aktiviert den Lautsprecher, der schließlich den nötigen Ton erzeugt.
Audio
Die meisten modernen akustischen Signale werden digital gespeichert (zB MP3 und CD). Um über die Lautsprecher gehört zu werden, müssen sie in einen ähnlichen Impuls umgewandelt werden. So finden Sie einen Digital-Analog-Wandler für Fernseher, CD-Player, digitale Musiksysteme und PC-Soundkarten.
Dedizierte eigenständige DACs sind auch in hochwertigen Hi-Fi-Systemen zu finden. Sie nehmen normalerweise den digitalen Ausgang eines kompatiblen CD-Players oder eines speziellen Fahrzeugs und wandeln das Signal in einen analogen Ausgang mit Line-Pegel um, der dann in einen Verstärker eingespeist werden kann, um Lautsprecher anzutreiben.
Ähnliche D/A-Wandler finden sich in digitalen Säulen wie USB-Lautsprechern und Soundkarten.
Bei Voice-over-IP-Anwendungen muss die Quelle zur Übertragung zunächst digitalisiert werden, also über einen ADC gewandelt und dann mit einem DAC weiter in analog umgewandelt werdendie empfangende Partei. Dieses Verfahren wird beispielsweise für einige Digital-Analog-Wandler (TV) verwendet.
Bild
Sampling tendiert dazu, insgesamt in einem völlig anderen Maßstab zu arbeiten, aufgrund der stark nichtlinearen Reaktion sowohl von Kathodenstrahlröhren (für die die überwiegende Mehrheit der digitalen Videoproduktion bestimmt war) als auch des menschlichen Auges, wobei a Gammakurve, um den Eindruck gleichmäßig verteilter Helligkeitsstufen über den gesamten Dynamikbereich des Displays zu erwecken. Daher die Notwendigkeit, RAMDAC in Computervideoanwendungen mit einer ziemlich tiefen Farbauflösung zu verwenden, so dass es unpraktisch ist, einen fest codierten Wert im DAC für jeden Ausgangspegel jedes Kanals zu erstellen (z. B. würde ein Atari ST oder Sega Genesis benötigen 24 dieser Werte; eine 24-Bit-Grafikkarte würde 768 benötigen).
Angesichts dieser inhärenten Verzerrung ist es nicht ungewöhnlich, dass ein Fernseher oder Videoprojektor wahrheitsgemäß ein lineares Kontrastverhältnis (die Differenz zwischen den dunkelsten und hellsten Ausgangspegeln) von 1.000:1 oder mehr hat. Dies entspricht 10 Bit Klangtreue, auch wenn es nur Signale mit 8-Bit-Wiedergabe empfangen kann und ein LCD-Panel verwendet, das nur sechs oder sieben Bit pro Kanal anzeigt. DAC-Rezensionen werden auf dieser Grundlage veröffentlicht.
Videosignale von einer digitalen Quelle wie einem Computer müssen in analoge Form umgewandelt werden, wenn sie auf einem Monitor angezeigt werden sollen. Ähnlich seit 2007Eingänge wurden häufiger verwendet als digitale, aber dies hat sich geändert, da Flachbildschirme mit DVI- oder HDMI-Anschlüssen häufiger geworden sind. Ein Video-DAC ist jedoch in jeden digitalen Videoplayer mit den gleichen Ausgängen eingebaut. Ein Digital-Analog-Audiokonverter ist normalerweise in eine Art Speicher (RAM) integriert, der Reorganisationstabellen für Gammakorrektur, Kontrast und Helligkeit enthält, um eine Vorrichtung namens RAMDAC zu erstellen.
Das Gerät, das ferngesteuert mit dem DAC verbunden ist, ist ein digital gesteuertes Potentiometer, das zum Aufnehmen des Signals verwendet wird.
Mechanische Konstruktion
Zum Beispiel verwendet die IBM Selectric-Schreibmaschine bereits einen nicht manuellen DAC, um den Ball anzutreiben.
Digital-Analog-Wandlersch altung sieht so aus.
Das mechanische Single-Bit-Laufwerk nimmt zwei Positionen ein: eine im eingesch alteten Zustand, die andere im ausgesch alteten Zustand. Die Bewegung mehrerer Einzelbitaktoren kann vom Gerät bedenkenlos kombiniert und gewichtet werden, um genauere Schritte zu erh alten.
Es ist die IBM Selectric Schreibmaschine, die ein solches System verwendet.
Haupttypen von Digital-Analog-Wandlern
- Pulsweitenmodulator, bei dem ein stabiler Strom oder eine stabile Spannung in einen analogen Tiefpassfilter gesch altet wird, dessen Dauer durch einen digitalen Eingangscode bestimmt wird. Diese Methode wird häufig verwendet, um die Motordrehzahl zu steuern und LED-Leuchten zu dimmen.
- Digital-Analog-Audio-Konverter mitOversampling- oder Interpolations-DACs, wie z. B. solche, die eine Delta-Sigma-Modulation verwenden, verwenden das Pulsdichtevariationsverfahren. Geschwindigkeiten über 100 ksample pro Sekunde (z. B. 180 kHz) und 28-Bit-Auflösung sind mit einem Delta-Sigma-Gerät erreichbar.
- Ein binär gewichtetes Element, das separate elektrische Komponenten für jedes mit dem Summationspunkt verbundene DAC-Bit enthält. Sie ist es, die den Operationsverstärker addieren kann. Die Stromstärke der Quelle ist proportional zum Gewicht des Bits, dem sie entspricht. Somit werden alle Nicht-Null-Bits des Codes zum Gewicht hinzugefügt. Denn ihnen steht dieselbe Spannungsquelle zur Verfügung. Dies ist eine der schnellsten Konvertierungsmethoden, aber sie ist nicht perfekt. Da gibt es ein Problem: geringe Wiedergabetreue aufgrund der großen erforderlichen Daten für jede einzelne Spannung oder Stromstärke. Solche hochpräzisen Komponenten sind teuer, daher ist diese Art von Modell normalerweise auf eine Auflösung von 8 Bit oder noch weniger beschränkt. Der gesch altete Widerstand hat den Zweck von Digital-Analog-Wandlern in parallelen Netzwerkquellen. Einzelne Instanzen werden basierend auf einem digitalen Eingang mit Strom verbunden. Das Funktionsprinzip derartiger Digital-Analog-Wandler liegt in der gesch alteten Stromquelle des DAC, aus der anhand einer Zahleneingabe verschiedene Tasten ausgewählt werden. Es enthält eine synchrone Kondensatorleitung. Diese einzelnen Elemente werden mit einem speziellen Mechanismus (Fuß) verbunden oder getrennt, der sich in der Nähe aller Stecker befindet.
- Digital-Analog-TreppenkonverterTyp, der ein binär gewichtetes Element ist. Es verwendet wiederum eine sich wiederholende Struktur der kaskadierten Widerstandswerte R und 2R. Dies verbessert die Genauigkeit aufgrund der relativ einfachen Herstellung des gleichen bewerteten Mechanismus (oder der gleichen Stromquellen).
- Sequentieller Fortschritt oder zyklischer DAC, der die Ausgabe in jedem Schritt einzeln aufbaut. Einzelne Bits eines digitalen Eingangs werden von allen Konnektoren verarbeitet, bis das gesamte Objekt berücksichtigt ist.
- Thermometer ist ein codierter DAC, der einen gleichen Widerstand oder ein Stromquellensegment für jeden möglichen Wert des DAC-Ausgangs enthält. Ein 8-Bit-Thermometer-DAC hat 255 Elemente und ein 16-Bit-Thermometer-DAC hat 65.535 Teile. Dies ist vielleicht die schnellste und genaueste DAC-Architektur, jedoch auf Kosten hoher Kosten. Mit dieser Art von DAC wurden Umwandlungsraten von über einer Milliarde Abtastungen pro Sekunde erreicht.
- Hybrid-DACs, die eine Kombination der oben genannten Methoden in einem einzigen Konverter verwenden. Die meisten DAC-ICs sind von diesem Typ, da es schwierig ist, niedrige Kosten, hohe Geschwindigkeit und Genauigkeit in einem Gerät zu erzielen.
- Segmentierter DAC, der das Prinzip der Thermometercodierung für höhere Ziffern und die binäre Gewichtung für niedrigere Komponenten kombiniert. Auf diese Weise wird ein Kompromiss zwischen Genauigkeit (unter Verwendung des Thermometercodierungsprinzips) und der Anzahl von Widerständen oder Stromquellen (unter Verwendung von binärer Gewichtung) erreicht. Tiefes Gerät mit DoppelAktion bedeutet, dass die Segmentierung 0 % beträgt und das Design mit vollständiger thermometrischer Codierung 100 %.
Die meisten DACS auf dieser Liste verlassen sich auf eine konstante Spannungsreferenz, um ihren Ausgangswert zu erzeugen. Alternativ akzeptiert der multiplizierende DAC eine AC-Eingangsspannung, um sie umzuwandeln. Dies erlegt der Bandbreite des Reorganisationsschemas zusätzliche Entwurfseinschränkungen auf. Jetzt ist klar, warum Digital-Analog-Wandler verschiedener Art benötigt werden.
Leistung
DACs sind sehr wichtig für die Systemleistung. Das wichtigste Merkmal dieser Geräte ist die Auflösung, die für den Einsatz eines Digital-Analog-Wandlers geschaffen wird.
Die Anzahl der möglichen Ausgangspegel, für die ein DAC ausgelegt ist, wird normalerweise als die Anzahl der verwendeten Bits angegeben, die der Basis-Zwei-Logarithmus der Anzahl der Pegel ist. Beispielsweise ist ein 1-Bit-DAC für die Wiedergabe von zwei Sch altkreisen ausgelegt, während ein 8-Bit-DAC für die Wiedergabe von 256 Sch altkreisen ausgelegt ist. Das Padding bezieht sich auf die effektive Anzahl von Bits, die ein Maß für die tatsächliche Auflösung ist, die der DAC erreicht. Die Auflösung bestimmt die Farbtiefe in Videoanwendungen und die Audiobitrate in Audiogeräten.
Höchstfrequenz
Das Messen der schnellsten Geschwindigkeit, mit der eine DAC-Sch altung arbeiten und dennoch die korrekte Ausgabe erzeugen kann, bestimmt die Beziehung zwischen ihr und der Bandbreite des abgetasteten Signals. Wie oben gesagt, das TheoremNyquist-Shannon-Proben beziehen sich auf kontinuierliche und diskrete Signale und behaupten, dass jedes Signal mit beliebiger Genauigkeit aus seinen diskreten Aufzeichnungen rekonstruiert werden kann.
Monotonie
Dieses Konzept bezieht sich auf die Fähigkeit des analogen Ausgangs des DAC, sich nur in die Richtung zu bewegen, in die sich der digitale Eingang bewegt. Diese Eigenschaft ist sehr wichtig für DACs, die als Niederfrequenzsignalquelle verwendet werden.
Total Harmonic Distortion and Noise (THD + N)
Messung von Verzerrungen und Fremdgeräuschen, die vom DAC in das Signal eingeführt werden, ausgedrückt als Prozentsatz der Gesamtmenge an unerwünschter harmonischer Verzerrung und Rauschen, die das gewünschte Signal begleiten. Dies ist ein sehr wichtiges Merkmal für dynamische DAC-Anwendungen mit geringer Ausgangsleistung.
Bereich
Ein Maß für den Unterschied zwischen dem größten und dem kleinsten Signal, das ein DAC wiedergeben kann, ausgedrückt in Dezibel, bezieht sich normalerweise auf die Auflösung und den Rauschpegel.
Andere Messungen wie Phasenverzerrung und Jitter können für einige Anwendungen ebenfalls sehr wichtig sein. Es gibt solche (z. B. drahtlose Datenübertragung, Composite-Video), die sich sogar auf den genauen Empfang phasenangepasster Signale verlassen können.
Lineares PCM-Audio-Sampling arbeitet normalerweise mit einer Auflösung von jedem Bit, die einer Amplitude von sechs Dezibel entspricht (Verdopplung der Lautstärke oder Genauigkeit).
Nichtlineare PCM-Codierungen (A-law / Μ-law, ADPCM, NICAM) versuchen, ihre effektiven Dynamikbereiche auf verschiedene Weise zu verbessern -logarithmische Schrittweiten zwischen den Ausgangsaudiopegeln, die durch jedes Datenbit repräsentiert werden.
Klassifizierung von Digital-Analog-Wandlern
Die Klassifizierung nach Nichtlinearität unterteilt sie in:
- Ausgeprägte Nichtlinearität, die zeigt, wie zwei benachbarte Codewerte vom perfekten 1 LSB-Schritt abweichen.
- Kumulative Nichtlinearität gibt an, wie weit die DAC-Übertragung vom Ideal abweicht.
Also ist das ideale Merkmal normalerweise eine gerade Linie. INL zeigt an, um wie viel die tatsächliche Spannung bei einem bestimmten Codewert von dieser Zeile in den niederwertigsten Bits abweicht.
Boost
Letztendlich wird das Rauschen durch thermisches Brummen begrenzt, das von passiven Komponenten wie Widerständen erzeugt wird. Für Audioanwendungen und bei Raumtemperatur sind dies typischerweise knapp 1 µV (Mikrovolt) weißes Signal. Dadurch wird die Leistung selbst in 24-Bit-DACs auf weniger als 20 Bit begrenzt.
Leistung im Frequenzbereich
Nebenwirkungsfreier Dynamikbereich (SFDR) gibt in dB das Verhältnis der Leistungen des gewandelten Hauptsignals zum größten unerwünschten Überschwingen an.
Noise Distortion Ratio (SNDR) gibt in dB die Leistungseigenschaft des umgewandelten Hauptschalls in seine Summe an.
Total Harmonic Distortion (THD) ist die Summe der Leistungen aller HDi.
Wenn der maximale DNL-Fehler kleiner als 1 LSB ist, dann ist der Digital-Analog-Wandler garantiertwird einheitlich sein. Viele monotone Instrumente können jedoch einen maximalen DNL von mehr als 1 LSB haben.
Zeitbereichsleistung:
- Glitch-Impulszone (Glitch-Energie).
- Unsicherheit der Antwort.
- Nichtlinearitätszeit (TNL).
DAC-Grundfunktionen
Ein Analog-Digital-Wandler nimmt eine exakte Zahl (meistens eine Festkomma-Binärzahl) und wandelt sie in eine physikalische Größe um (z. B. Spannung oder Druck). DACs werden häufig verwendet, um Zeitreihendaten mit endlicher Genauigkeit in ein sich ständig änderndes physikalisches Signal umzuwandeln.
Der ideale D/A-Wandler nimmt abstrakte Zahlen aus einer Folge von Impulsen, die dann unter Verwendung einer Art Interpolation verarbeitet werden, um Daten zwischen Signalen einzufügen. Ein herkömmlicher Digital-Analog-Wandler setzt die Zahlen in eine stückweise konstante Funktion um, die aus einer Folge von Rechteckwerten besteht, die mit Hold nullter Ordnung modelliert wird.
Der Konverter stellt die Originalsignale wieder her, sodass seine Bandbreite bestimmte Anforderungen erfüllt. Die digitale Abtastung wird von Quantisierungsfehlern begleitet, die Rauschen mit niedrigem Pegel erzeugen. Er ist es, der dem wiederhergestellten Signal hinzugefügt wird. Die minimale Amplitude eines analogen Tons, die zu einer Änderung eines digitalen Tons führen kann, wird als niedrigstwertiges Bit (LSB) bezeichnet. Und der Fehler (Rundung), der zwischen den analogen und digitalen Signalen auftritt,wird Quantisierungsfehler genannt.
