D/A konverter
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 20. september 2021; checks kræver 5 redigeringer .En digital-til-analog-konverter ( DAC ) er en enhed til at konvertere en digital (normalt binær) kode til et analogt signal ( strøm , spænding eller ladning ). D/A-konvertere er grænsefladen mellem den diskrete digitale verden og analoge signaler. Moderne DAC'er er skabt ved hjælp af halvlederteknologier i form af et integreret kredsløb .
En analog-til-digital konverter (ADC) udfører den omvendte operation.
Ansøgning
DAC bruges altid i telekommunikationssystemer og kontrolsystemer. For eksempel:
- I lydafspilningssystemer ;
- I displays ;
- Dannelse af et informationssignal til mixere og styrede generatorer;
- I motorstyringssystemer;
- I systemer med direkte digital syntese (DDS - Direct Digital Synthesizer);
Karakteristika
Følgende karakteristika bruges generelt til at beskrive digital-til-analog-konvertere.
Generelt
- Lidt dybde . Angiver antallet af analoge signalniveauer, som DAC'en kan udsende. For en N bit DAC er antallet af analoge signalniveauer 2 N (inklusive værdien for kode nul);
- Forsyningsspænding;
Statiske egenskaber:
- Den statiske konverteringskarakteristik er afhængigheden af værdien af DAC'ens udgangssignal af værdien af inputkoden;
- Statisk ikke-linearitet. To størrelser bruges til at beskrive statisk ikke-linearitet: differentiel ikke-linearitet (DNL) og integral ikke-linearitet (INL);
- Monotoni . En af de vigtigste egenskaber ved DAC'en, hvilket tyder på, at når koden stiger, stiger værdien af det analoge signal også. Den unære arkitektur garanterer monotoni. For en binær arkitektur er monotonitet ikke garanteret;
- Nul offset;
- Gain fejl;
Dynamiske egenskaber:
- ydeevne. Defineret som den maksimale frekvens, hvormed du kan ændre koden ved input af DAC'en, mens du får det korrekte resultat ved dens output. Det måles i "samples/s" eller i hertz. Kan omtales som samplinghastighed eller maksimal inputkodeændringshastighed;
- SNR (Signal to Noise Ratio). Det betragtes som forholdet mellem styrken af det genoprettede harmoniske signal og summen af styrkerne af alle andre harmoniske i udgangssignalspektret, undtagen multipla, og er udtrykt i decibel;
- SFDR (Spurious Free Dynamic Range). Det betragtes som forholdet mellem amplituden af det genoprettede harmoniske signal og amplituden af den største harmoniske i udgangssignalspektret, også udtrykt i decibel. Denne egenskab kaldes også "dynamisk linearitet".
- Strømforbrug;
Serielle DAC'er
I serielle DAC'er konverteres inputkoden til et analogt signal bit for bit. Samtidig bruges det samme kredsløb til at konvertere alle cifre, hvilket i høj grad forenkler enheden, dog er konverteringsraten i en sådan omvendt proportional med bitdybden. Forveksle ikke konverteringsmetoden og enhedens inputgrænseflade: inputkoden kan føres til indgangen på en seriel DAC både i serie og parallelt. Serielle DAC'er omfatter følgende typer:
- Pulsbreddemodulatoren er den enkleste type DAC. En stabil strøm- eller spændingskilde tændes periodisk i en tid, der er proportional med den konverterede digitale kode, hvorefter den resulterende pulssekvens filtreres af et analogt lavpasfilter . Denne metode bruges ofte til at styre hastigheden af elektriske motorer, og den er også ved at blive populær inden for hi-fi lydteknologi;
- cyklisk DAC (cyklisk DAC);
- Pipeline DAC (pipeline DAC);
En audio-DAC modtager normalt et digitalt signal i pulskodemodulation ( PCM, pulskodemodulation ) . Opgaven med at konvertere forskellige komprimerede formater til PCM udføres af de respektive codecs .
Parallelle DAC'er
Arkitekturer
En DAC-arkitektur er en måde at generere et udgangssignal på et funktionelt niveau. Med andre ord er dette en beskrivelse af summen af hvilke tal, der vil dekomponere værdien af udgangssignalet. Udgangssignalet dannes ved hjælp af vejeelementer, som hver især er ansvarlige for sin "del" af det analoge udgangssignal. Følgende arkitekturer er kendetegnet ved sættet af værdier for vejeelementerne:
- Binær arkitektur;
Forholdet mellem to nabovejeelementer er 2. Det vil sige, at udgangssignalet dannes på samme måde, som det sker i det binære talsystem . Følgelig vil vægten af de elementer, der danner udgangssignalet, i normaliseret form, være lig med 1, 2, 4, 8, 16 osv. Vægtningselementerne styres af en binær kode.
- Unær arkitektur;
Forholdet mellem to tilstødende vejeelementer er 1. Det vil sige, at udgangssignalet dannes på samme måde, som det sker i det unære talsystem . Følgelig er vægten af alle elementer, i normaliseret form, lig med 1. Kontrollen udføres af en unær eller enhedskode .
- Fibonacci arkitektur;
Grundstofvægtene er en sekvens af Fibonacci-tal . Udgangssignalet dannes på samme måde, som det sker i Fibonacci-talsystemet .
Derudover er der konceptet segmentarkitektur , som involverer opdelingen af inputkoden i flere grupper. Normalt to. Hver gruppe behandles uafhængigt af dens segment. Udgangene fra alle segmenter kombineres for at danne DAC-udgangen. Den mest almindelige konfiguration af segmentarkitekturen er følgende: Lave bits behandles af et segment bygget på en binær arkitektur, høje bits behandles af et segment bygget på en unær arkitektur.
Typer af vejeelementer og måder at danne vægten på
Digital-til-analog-konvertere, uanset arkitektur, kan bruge følgende typer komponenter som et analogt signalvægtningselement: kondensatorer, modstande og strømkilder.
- Kondensatorer. Denne type vejeelementer kan, når de bruges i en binær arkitektur, enten have vurderinger, der afviger fra naboelementer med 2 gange, eller have ratings på 1 og 2 og danne en stigekæde C -2 C .
- Modstande. Denne type vejeelementer har samme konstruktionsprincipper som kondensatorer. Derudover er der implementeringer af sådanne strukturer baseret ikke på modstande, men på transistorer, der fungerer som modstande. Sådanne kæder kaldes M - 2M .
- Aktuelle kilder. Dette er normalt transistoren i mætningstilstand. Brugen af disse typer vejeelementer eliminerer behovet for buffere, der er nødvendige for andre typer vejeelementer.
For at danne vægten af vejeelementet er der følgende metoder:
- Pålydende skalering. Gælder for enhver type vejeelementer. Fra halvlederteknologiens synspunkt svarer dette altid til at skalere elementernes dimensioner;
- Brug af stigestruktur. Gælder kun kapacitive og resistive vejeelementer. Afhængigt af typen af vejeelement kaldes sådanne strukturer R -2 R , C -2 C eller M -2 M (transistorer bruges i stedet for modstande);
- Ændring af forspænding. Gælder kun aktuelle kilder. Ændringen i forspændingen kan ske både ved hjælp af et afstembart forspændingsgenereringskredsløb og ved hjælp af ladningsinjektion på den flydende gate. Sidstnævnte gælder kun for specielle teknologier, der sørger for dannelsen af en flydende port ved transistoren. Som regel er disse teknologier beregnet til fremstilling af ikke-flygtig hukommelse.
Strukturer af resistive og kapacitive parallelle DAC'er
Binær- Vægtningstype DAC , hvor hver bit af den konverterede binære kode svarer til en modstand eller strømkilde forbundet til et fælles summeringspunkt. Kildens strømstyrke (modstandens ledningsevne) er proportional med vægten af den bit, som den svarer til. Således lægges alle bits af koden, der ikke er nul, til vægten. Vægtningsmetoden er en af de hurtigste, men den er kendetegnet ved lav nøjagtighed på grund af behovet for et sæt af mange forskellige præcisionskilder eller modstande og en ikke-konstant impedans . Af denne grund er vægtning af DAC'er begrænset til otte bit;
- Stige type DAC ( kæde R-2R kredsløb ). I R-2R DAC skabes værdier i et specielt kredsløb bestående af modstande med modstande R og 2R , kaldet konstant impedansmatrix , som har to typer inklusion: jævnstrømsmatrix og inversspændingsmatrix . Brugen af de samme modstande kan forbedre nøjagtigheden væsentligt sammenlignet med en konventionel veje-DAC, da det er relativt nemt at fremstille et sæt præcisionselementer med de samme parametre. DAC type R-2R giver dig mulighed for at skubbe grænserne for bitkapacitet. Med lasertrimning af filmmodstande placeret på det samme substrat af et hybridmikrokredsløb opnås en nøjagtighed på 20-22 bit. Det meste af konverteringstiden bruges i operationsforstærkeren, så den skal have maksimal ydeevne. Hastigheden af DAC'en er enheder på mikrosekunder og lavere (det vil sige nanosekunder). I ternære DAC'er består den konstante impedansmatrix af 3R-4R modstande med en 2R terminator [1] .
- DAC baseret på modstandslinje .
Oversampling DAC (delta-sigma DAC)
Oversampling DAC'er , såsom delta-sigma DAC'er, er baseret på variabel pulsdensitet. Oversampling giver dig mulighed for at bruge en DAC med en lavere bitdybde for at opnå en større bitdybde af den endelige konvertering; ofte er en delta-sigma DAC bygget op omkring den enkleste one-bit DAC, der er næsten lineær. En small-bit DAC modtager et pulseret signal med en moduleret pulstæthed (med en konstant pulsvarighed, men med en variabel arbejdscyklus ), skabt ved hjælp af negativ feedback . Negativ feedback fungerer som et højpasfilter for kvantiseringsstøj .
De fleste store DAC'er (mere end 16 bit) er bygget på dette princip på grund af dets høje linearitet og lave omkostninger. Hastigheden af delta-sigma DAC'en når hundredtusindvis af samples i sekundet, bitdybden er op til 24 bits. For at generere et signal med en moduleret pulstæthed kan en simpel delta-sigma modulator af første orden eller højere orden som MASH ( engelsk Multi stage noise SHaping ) bruges. Efterhånden som oversamplingsfrekvensen stiger, lempes kravene til output-lavpasfilteret, og kvantiseringsstøjundertrykkelsen forbedres;
Se også
Noter
- ↑ Trinity 3-trit Fibonacci DAC (utilgængeligt link) . Hentet 24. oktober 2015. Arkiveret fra originalen 4. marts 2016.
Litteratur
- Jean M. Rabai, Ananta Chandrakasan, Borivoj Nikolic. Digitale integrerede kredsløb. Designmetodologi = Digitale integrerede kredsløb. - 2. udg. - M .: Williams , 2007. - 912 s. — ISBN 0-13-090996-3 .
- Mingliang Liu. Afmystificerende switchede kondensatorkredsløb. ISBN 0-75-067907-7 .
- Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg. CMOS Analog Circuit Design. ISBN 0-19-511644-5 .
Links
- Digital-til-analog konvertere (DAC), teori og principper for drift på webstedet Microelectronics Market
- D/A-konvertere til digital signalbehandling
- INL/DNL-målinger for højhastigheds-ADC'er forklarer, hvordan INL og DNL beregnes
- Parallelle DAC'er
- Alexey Stakhov . Fibonacci Computer del 1 , del 2 , del 3 // PCweek.ru, 2002
- R-2R Ladder DAC forklaret indeholder skemaer
 Ordbøger og encyklopædier | |
|---|---|
| I bibliografiske kataloger |
| Mikrocontrollere | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Arkitektur |
| |||||||
| Producenter |
| |||||||
| Komponenter | ||||||||
| Periferi |
| |||||||
| Grænseflader | ||||||||
| OS | ||||||||
| Programmering |
| |||||||