D/A-muunnin
Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 20.9.2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 5 muokkausta .Digital-to-analog converter ( DAC ) on laite, jolla muunnetaan digitaalinen (yleensä binääri) koodi analogiseksi signaaliksi ( virta , jännite tai varaus ). D/A-muuntimet ovat rajapinta erillisen digitaalisen maailman ja analogisten signaalien välillä. Nykyaikaiset DAC:t luodaan puolijohdetekniikoilla integroidun piirin muodossa .
Analogi-digitaalimuunnin (ADC) suorittaa käänteisen toiminnan.
Sovellus
DAC:ta käytetään aina tietoliikennejärjestelmissä ja ohjausjärjestelmissä. Esimerkiksi:
- Äänentoistojärjestelmissä ; _
- Näytöissä ; _
- Tietosignaalin muodostaminen sekoittimia ja ohjattuja generaattoreita varten;
- Moottorinhallintajärjestelmissä;
- Suoran digitaalisen synteesin järjestelmissä (DDS - Direct Digital Synthesizer);
Ominaisuudet
Seuraavia ominaisuuksia käytetään yleensä kuvaamaan digitaali-analogiamuuntimia.
Yleistä
- Bittien syvyys . Määrittää analogisten signaalitasojen määrän, jonka DAC voi lähettää. N - bittiselle DAC:lle analogisten signaalitasojen lukumäärä on 2 N (mukaan lukien nollakoodin arvo);
- Syöttöjännite;
Staattiset ominaisuudet:
- Staattinen muunnosominaisuus on DAC:n lähtösignaalin arvon riippuvuus tulokoodin arvosta;
- Staattinen epälineaarisuus. Staattisen epälineaarisuuden kuvaamiseen käytetään kahta suuretta: differentiaalista epälineaarisuutta (DNL) ja integraalista epälineaarisuutta (INL);
- Yksitoikkoisuus . Yksi DAC:n tärkeimmistä ominaisuuksista, mikä viittaa siihen, että koodin kasvaessa myös analogisen signaalin arvo kasvaa. Yksinäinen arkkitehtuuri takaa yksitoikkoisuuden. Binääriarkkitehtuurissa monotonisuutta ei taata;
- Nollapoikkeama;
- Vahvistusvirhe;
Dynaamiset ominaisuudet:
- esitys. Määritetään maksimitaajuudeksi, jolla voit muuttaa koodia DAC:n sisääntulossa ja saada oikea tulos sen lähdöstä. Se mitataan "näytteinä / s" tai hertseinä. Voidaan kutsua näytteenottotaajuudeksi tai suurimmaksi tulokoodin muutosnopeudeksi;
- SNR (signaali-kohinasuhde). Sitä pidetään palautetun harmonisen signaalin tehon suhteena kaikkien muiden harmonisten tehojen summaan lähtösignaalin spektrissä, paitsi kerrannaisina, ja se ilmaistaan desibeleinä;
- SFDR (Spurious Free Dynamic Range). Sitä pidetään palautetun harmonisen signaalin amplitudin ja lähtösignaalin spektrin suurimman harmonisen amplitudin suhteena, myös desibeleinä ilmaistuna. Tätä ominaisuutta kutsutaan myös "dynaamiseksi lineaariseksi".
- Tehon kulutus;
Sarja-DAC:t
Sarjamuotoisissa DAC:issa tulokoodi muunnetaan analogiseksi signaaliksi bitti bitiltä. Samanaikaisesti samaa piiriä käytetään muuntamaan kaikki numerot, mikä yksinkertaistaa laitetta huomattavasti, mutta muunnosnopeus sellaisissa on kääntäen verrannollinen bittisyvyyteen. Älä sekoita muunnosmenetelmää ja laitteen tuloliitäntää: syöttökoodi voidaan syöttää sarja-DAC:n tuloon sekä sarjassa että rinnan. Sarja-DAC:t sisältävät seuraavat tyypit:
- Pulssinleveysmodulaattori on yksinkertaisin DAC-tyyppi. Vakaa virta- tai jännitelähde kytketään ajoittain päälle muunnettua digitaalista koodia verrannolliseksi ajaksi, minkä jälkeen tuloksena oleva pulssisekvenssi suodatetaan analogisella alipäästösuodattimella . Tätä menetelmää käytetään usein säätämään sähkömoottoreiden nopeutta, ja siitä on tulossa suosittu myös hifi- äänitekniikassa;
- Cyclic DAC (syklinen DAC);
- Pipeline DAC (pipeline DAC);
Audio-DAC vastaanottaa yleensä digitaalisen signaalin pulssikoodimodulaatiolla ( PCM, pulssikoodimodulaatio ) . Erilaisten pakattujen formaattien muuntaminen PCM:ksi suoritetaan vastaavien koodekkien toimesta .
Rinnakkais-DAC:t
Arkkitehtuurit
DAC-arkkitehtuuri on tapa tuottaa lähtösignaali toiminnallisella tasolla. Toisin sanoen tämä on kuvaus siitä, minkä numeroiden summa hajottaa lähtösignaalin arvon. Lähtösignaali muodostetaan käyttämällä punnituselementtejä, joista jokainen on vastuussa analogisen lähtösignaalin "osuudestaan". Seuraavat arkkitehtuurit erottuvat punnituselementtien arvojoukosta:
- Binääriarkkitehtuuri;
Kahden vierekkäisen punnituselementin suhde on 2. Eli lähtösignaali muodostetaan samalla tavalla kuin binäärilukujärjestelmässä . Vastaavasti lähtösignaalin muodostavien elementtien painot normalisoidussa muodossa ovat 1, 2, 4, 8, 16 jne. Painoelementtejä ohjataan binäärikoodilla.
- Yksinäinen arkkitehtuuri;
Kahden vierekkäisen punnituselementin suhde on 1. Eli lähtösignaali muodostetaan samalla tavalla kuin unaarilukujärjestelmässä . Vastaavasti kaikkien elementtien painot normalisoidussa muodossa ovat yhtä suuria kuin 1. Ohjaus suoritetaan unaari- tai unitaarisella koodilla .
- Fibonacci arkkitehtuuri;
Elementtien painot ovat Fibonacci-lukujen sarja . Lähtösignaali muodostetaan samalla tavalla kuin Fibonacci-lukujärjestelmässä .
Lisäksi on olemassa segmenttiarkkitehtuurin käsite , joka sisältää syöttökoodin jakamisen useisiin ryhmiin. Yleensä kaksi. Jokainen ryhmä käsitellään itsenäisesti sen segmentillä. Kaikkien segmenttien lähdöt yhdistetään DAC-ulostuloksi. Segmenttiarkkitehtuurin yleisin konfiguraatio on seuraava: matalat bitit käsitellään segmentillä, joka on rakennettu binääriarkkitehtuuriin, korkeat bitit käsitellään segmentillä, joka on rakennettu unaariarkkitehtuuriin.
Punnituselementtien tyypit ja painonmuodostustavat
Digitaali-analogia-muuntimet voivat arkkitehtuurista riippumatta käyttää seuraavan tyyppisiä komponentteja analogisen signaalin painotuselementtinä: kondensaattorit, vastukset ja virtalähteet.
- Kondensaattorit. Tämän tyyppisillä punnituselementeillä, kun niitä käytetään binääriarkkitehtuurissa, voi joko olla arvot, jotka eroavat viereisistä elementeistä 2 kertaa, tai niillä voi olla arvot 1 ja 2 ja ne voivat muodostaa tikapuuketjun C -2 C .
- Vastukset. Tämän tyyppisillä punnituselementeillä on samat rakenneperiaatteet kuin kondensaattoreilla. Lisäksi on olemassa tällaisten rakenteiden toteutuksia, jotka eivät perustu vastuksiin, vaan vastuksina toimiviin transistoreihin. Tällaisia ketjuja kutsutaan nimellä M - 2M .
- Nykyiset lähteet. Tämä on yleensä transistori saturaatiotilassa. Tällaisten punnituselementtien käyttö eliminoi puskureiden tarpeen, joita tarvitaan muun tyyppisille punnituselementeille.
Punnituselementin painon muodostamiseksi on olemassa seuraavat menetelmät:
- Nimellisarvojen skaalaus. Soveltuu kaikentyyppisiin punnituselementteihin. Puolijohdetekniikan näkökulmasta tämä vastaa aina elementtien mittojen skaalausta;
- Tikkaiden rakenteen käyttö. Koskee vain kapasitiivisia ja resistiivisiä punnituselementtejä. Punnituselementin tyypistä riippuen tällaisia rakenteita kutsutaan nimellä R -2 R , C -2 C tai M -2 M (vastusten sijasta käytetään transistoreita);
- Bias-jännitteen muuttaminen. Koskee vain nykyisiä lähteitä. Bias-jännitteen muutos voi tapahtua sekä viritettävän esijännitteen generointipiirin avulla että kelluvan hilan varausinjektion avulla. Jälkimmäistä voidaan soveltaa vain erikoistekniikoihin, jotka mahdollistavat kelluvan portin muodostamisen transistorissa. Yleensä nämä ovat tekniikoita, jotka on tarkoitettu haihtumattoman muistin valmistukseen.
Resistiivisten ja kapasitiivisten rinnakkaisten DAC:ien rakenteet
Binääri- Painotustyyppi DAC , jossa jokainen muunnetun binäärikoodin bitti vastaa yhteiseen summauspisteeseen kytkettyä vastusta tai virtalähdettä. Lähteen virranvoimakkuus (vastuksen johtavuus) on verrannollinen bitin painoon, jota se vastaa. Siten kaikki koodin nollasta poikkeavat bitit lisätään painoon. Painotusmenetelmä on yksi nopeimmista, mutta sille on ominaista alhainen tarkkuus, joka johtuu useiden erilaisten tarkkuuslähteiden tai vastusten sarjan tarpeesta ja epävakiosta impedanssista . Tästä syystä painottavat DAC:t on rajoitettu kahdeksaan bittiin;
- Tikkaat tyyppi DAC ( ketju R-2R piiri ). R-2R DAC:ssa arvot luodaan erityisessä piirissä, joka koostuu vastuksista, joiden resistanssi on R ja 2R , jota kutsutaan vakioimpedanssimatriisiksi , jossa on kahden tyyppinen sisällytys: tasavirtamatriisi ja käänteisjännitematriisi . Samojen vastusten käyttö voi parantaa merkittävästi tarkkuutta verrattuna tavanomaiseen punnitus-DAC:hen, koska on suhteellisen helppoa valmistaa tarkkuuselementtisarja samoilla parametreilla. DAC-tyypin R-2R avulla voit ylittää bittikapasiteetin rajoja. Laserleikkauksella kalvovastuksia, jotka sijaitsevat hybridipiirin samalla alustalla, saavutetaan 20-22 bitin tarkkuus. Suurin osa muunnosajasta kuluu operaatiovahvistimessa, joten sen on oltava mahdollisimman tehokas. DAC:n nopeus on mikrosekuntia ja pienempi (eli nanosekuntia). Kolmiosaisissa DAC:issa vakioimpedanssimatriisi koostuu 3R-4R-vastuksista, joissa on 2R-pääte [1] .
- DAC perustuu vastuslinjaan .
Oversampling DAC (delta-sigma DAC)
Ylinäytteistys-DAC :t , kuten delta-sigma- DAC:t, perustuvat muuttuvaan pulssitiheyteen. Ylinäytteistyksen avulla voit käyttää DAC:ta pienemmällä bittisyvyydellä saavuttaaksesi suuremman bittisyvyyden lopullisessa muunnoksessa; usein delta-sigma DAC on rakennettu yksinkertaisimman yksibittisen DAC:n ympärille, joka on lähes lineaarinen. Pienibittinen DAC vastaanottaa pulssisignaalin, jolla on moduloitu pulssitiheys (vakiopulssin kesto, mutta vaihteleva toimintajakso ), joka on luotu negatiivisen takaisinkytkennän avulla . Negatiivinen palaute toimii ylipäästösuodattimena kvantisointikohinalle .
Useimmat suuret DAC:t (yli 16 bittiä) on rakennettu tällä periaatteella sen korkean lineaarisuuden ja alhaisten kustannusten vuoksi. Delta-sigma DAC: n nopeus saavuttaa satoja tuhansia näytteitä sekunnissa, bittisyvyys on jopa 24 bittiä. Signaalin generoimiseksi moduloidulla pulssitiheydellä voidaan käyttää yksinkertaista ensimmäisen tai korkeamman asteen delta-sigma-modulaattoria MASH ( englanniksi Multi stage noise SHaping ). Ylinäytteistystaajuuden kasvaessa alipäästösuodattimen vaatimukset lieventyvät ja kvantisointikohinan vaimennus paranee;
Katso myös
- Kvantisointi (signaalinkäsittely)
- Näytteenotto
- Covox
- Modeemi
- Digital Computing Syntetisaattori
- 1-bittinen DAC
Muistiinpanot
- ↑ Trinity 3-trit Fibonacci DAC (pääsemätön linkki) . Haettu 24. lokakuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 4. maaliskuuta 2016.
Kirjallisuus
- Jean M. Rabai, Ananta Chandrakasan, Borivoj Nikolic. Digitaaliset integroidut piirit. Suunnittelumenetelmät = Digital Integrated Circuits. - 2. painos - M. : Williams , 2007. - 912 s. — ISBN 0-13-090996-3 .
- Mingliang Liu. Demystifying Switched kondensaattori piirit. ISBN 0-75-067907-7 .
- Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg. CMOS-analogisten piirien suunnittelu. ISBN 0-19-511644-5 .
Linkit
- Digital-to-analog-muuntimet (DAC), teoria ja toimintaperiaatteet sivustolla Microelectronics Market
- D/A-muuntimet digitaaliseen signaalinkäsittelyyn
- INL/DNL-mittaukset nopeille ADC:ille selittää kuinka INL ja DNL lasketaan
- Rinnakkaiset DAC:t
- Aleksei Stahov . Fibonacci Computer Osa 1 , Osa 2 , Osa 3 // PCweek.ru, 2002
- R-2R Ladder DAC selitetty sisältää kaavioita
 Sanakirjat ja tietosanakirjat | |
|---|---|
| Bibliografisissa luetteloissa |
| Mikro-ohjaimet | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Arkkitehtuuri |
| |||||||
| Valmistajat |
| |||||||
| Komponentit | ||||||||
| Periferia | ||||||||
| Liitännät | ||||||||
| OS | ||||||||
| Ohjelmointi |
| |||||||