في الإلكترونيات ، دارة DAC هي نوع من النظام. هي التي تحول الإشارة الرقمية إلى التناظرية.
هناك العديد من دوائر DAC. يتم تحديد الملاءمة لتطبيق معين من خلال مقاييس الجودة بما في ذلك الدقة ومعدل العينة الأقصى وغيرها.
يمكن أن يؤدي التحويل من رقمي إلى تناظري إلى تدهور إرسال الإشارة ، لذلك من الضروري العثور على أداة بها أخطاء بسيطة من حيث التطبيق.
التطبيقات
تُستخدم DACs عادةً في مشغلات الموسيقى لتحويل التدفقات الرقمية للمعلومات إلى إشارات صوتية تمثيلية. يتم استخدامها أيضًا في أجهزة التلفزيون والهواتف المحمولة لتحويل بيانات الفيديو إلى إشارات فيديو ، على التوالي ، والتي يتم توصيلها ببرامج تشغيل الشاشة لعرض الصور أحادية اللون أو متعددة الألوان.
إن هذين التطبيقين يستخدمان دارات DAC على طرفي نقيض للتسوية بين الكثافة وعدد البكسل. الصوت هو نوع منخفض التردد ذو دقة عالية والفيديو هو متغير عالي التردد مع صورة منخفضة إلى متوسطة.
نظرًا للتعقيد والحاجة إلى المكونات المتطابقة بعناية ، يتم تنفيذ جميع DACs باستثناء أكثرها تخصصًا كدوائر متكاملة (ICs). عادةً ما تكون الروابط المنفصلة سريعة للغاية وذات دقة منخفضة وأنواع موفرة للطاقة تُستخدم في أنظمة الرادار العسكرية. معدات الاختبار عالية السرعة ، وخاصة راسمات الذبذبات ، يمكنها أيضًا استخدام DACs المنفصلة.
نظرة عامة
الناتج شبه الثابت لـ DAC التقليدي غير المفلتر مدمج في أي جهاز تقريبًا ، والصورة الأولية أو النطاق الترددي النهائي للتصميم يعمل على تنعيم استجابة الملعب إلى منحنى مستمر.
للإجابة على السؤال: "ما هو DAC؟" ، تجدر الإشارة إلى أن هذا المكون يحول عددًا مجردًا من الدقة المحدودة (عادةً رقم ثنائي النقطة الثابتة) إلى قيمة مادية (على سبيل المثال ، الجهد أو الضغط). على وجه الخصوص ، غالبًا ما يستخدم التحويل D / A لتغيير بيانات السلاسل الزمنية إلى إشارة مادية متغيرة باستمرار.
يحول DAC المثالي الأرقام المجردة إلى قطار مفاهيمي من النبضات ، والتي تتم معالجتها بعد ذلك بواسطة مرشح إعادة الإعمار ، باستخدام بعض أشكال الاستيفاء لملء البيانات بين النبضات. عادييقوم المحول العملي من الرقمي إلى التناظري بتغيير الأرقام إلى دالة ثابتة متعددة التعريف تتكون من سلسلة من الأنماط المستطيلة التي تم إنشاؤها مع الاحتفاظ بالترتيب الصفري. أيضًا ، الإجابة على سؤال "ما هي DAC؟" تجدر الإشارة إلى طرق أخرى (على سبيل المثال ، بناءً على تعديل دلتا سيغما). إنهم ينشئون إخراجًا معدل كثافة النبضة يمكن ترشيحه بالمثل لإنتاج إشارة متغيرة بسلاسة.
وفقًا لنظرية أخذ العينات Nyquist-Shannon ، يمكن لـ DAC إعادة بناء الاهتزاز الأصلي من البيانات التي تم أخذ عينات منها ، بشرط أن تلبي منطقة الاختراق الخاصة بها متطلبات معينة (على سبيل المثال ، نبض النطاق الأساسي مع كثافة خط أقل). تمثل العينة الرقمية خطأ التكميم ، والذي يظهر كضوضاء منخفضة المستوى في الإشارة المعاد بناؤها.
مخطط دالة مبسط لأداة 8 بت
تجدر الإشارة على الفور إلى أن الطراز الأكثر شيوعًا هو محول Real Cable NANO-DAC الرقمي إلى التناظري. تعد DAC جزءًا من تقنية متقدمة قدمت مساهمة كبيرة في الثورة الرقمية. للتوضيح ، ضع في اعتبارك المكالمات الهاتفية بعيدة المدى.
يتم تحويل صوت المتصل إلى إشارة كهربائية تناظرية باستخدام ميكروفون ، ثم يتم تغيير هذا النبض إلى دفق رقمي مع DAC. بعد ذلك ، يتم تقسيم الأخيرة إلى حزم شبكة ، حيث يمكن إرسالها مع البيانات الرقمية الأخرى. وقد لا يكون بالضرورة صوتي.
ثم الحزميتم قبولهم في الوجهة ، ولكن قد يتخذ كل منهم طريقًا مختلفًا تمامًا ولا يصل حتى إلى الوجهة بالترتيب الصحيح وفي الوقت الصحيح. ثم يتم استخراج البيانات الصوتية الرقمية من الحزم وتجميعها في دفق بيانات مشترك. تقوم DAC بتحويل هذا مرة أخرى إلى إشارة كهربائية تمثيلية تدفع مضخم صوت (مثل محول Real Cable NANO-DAC من رقمي إلى تمثيلي). ويقوم بدوره بتنشيط مكبر الصوت الذي ينتج أخيرًا الصوت اللازم.
صوت
يتم تخزين معظم الإشارات الصوتية الحديثة رقميًا (مثل MP3 و CD). لكي يتم سماعها من خلال المتحدثين ، يجب تحويلها إلى دفعة مماثلة. لذا يمكنك العثور على محول من رقمي إلى تمثيلي للتلفزيون ومشغل الأقراص المضغوطة وأنظمة الموسيقى الرقمية وبطاقات صوت الكمبيوتر.
يمكن أيضًا العثور على DACs المستقلة المخصصة في أنظمة Hi-Fi عالية الجودة. يأخذون عادةً الإخراج الرقمي لمشغل أقراص مضغوطة متوافق أو سيارة مخصصة ويحولون الإشارة إلى خرج تناظري على مستوى الخط يمكن بعد ذلك إدخاله في مكبر للصوت لتشغيل مكبرات الصوت.
يمكن العثور على محولات D / A مماثلة في الأعمدة الرقمية مثل مكبرات صوت USB وبطاقات الصوت.
في تطبيقات Voice over IP ، يجب أولاً رقمنة المصدر للإرسال ، بحيث يتم تحويله عبر ADC ثم تحويله إلى تمثيلي باستخدام DAC علىالطرف المستقبل. على سبيل المثال ، تُستخدم هذه الطريقة لبعض المحولات من الرقمية إلى التناظرية (تلفزيون).
صورة
تميل عملية أخذ العينات إلى العمل على نطاق مختلف تمامًا بشكل عام ، نظرًا للاستجابة غير الخطية للغاية لكل من أنابيب أشعة الكاثود (التي تم توجيه الغالبية العظمى من إنتاج الفيديو الرقمي لها) والعين البشرية ، باستخدام منحنى جاما لتوفير مظهر خطوات السطوع الموزعة بالتساوي على النطاق الديناميكي الكامل للشاشة. ومن هنا تأتي الحاجة إلى استخدام RAMDAC في تطبيقات فيديو الكمبيوتر بدقة ألوان عميقة إلى حد ما ، بحيث يكون من غير العملي إنشاء قيمة مضمنة في DAC لكل مستوى إخراج لكل قناة (على سبيل المثال ، قد يكون Atari ST أو Sega Genesis تحتاج إلى 24 من هذه القيم ؛ ستحتاج بطاقة الفيديو 24 بت 768).
نظرًا لهذا التشوه المتأصل ، فليس من غير المألوف أن يُذكر بصدق أن جهاز عرض التلفزيون أو الفيديو يحتوي على نسبة تباين خطي (الفرق بين مستويات الإخراج الأغمق والأكثر سطوعًا) تبلغ 1000: 1 أو أكثر. هذا يعادل 10 بتات من دقة الصوت ، حتى لو كان بإمكانه استقبال إشارات بدقة 8 بت فقط واستخدام لوحة LCD تعرض ستة أو سبعة بتات فقط لكل قناة. يتم نشر مراجعات DAC على هذا الأساس.
يجب تحويل إشارات الفيديو من مصدر رقمي مثل الكمبيوتر إلى شكل تناظري إذا كان سيتم عرضها على الشاشة. مماثلة منذ عام 2007تم استخدام المدخلات بشكل متكرر أكثر من المدخلات الرقمية ، ولكن هذا تغير حيث أصبحت شاشات العرض المسطحة مع توصيلات DVI أو HDMI أكثر شيوعًا. ومع ذلك ، يتم تضمين DAC للفيديو في أي مشغل فيديو رقمي بنفس المخرجات. عادةً ما يتم دمج محول الصوت الرقمي إلى التناظري مع نوع من الذاكرة (RAM) التي تحتوي على جداول إعادة التنظيم لتصحيح جاما والتباين والسطوع لإنشاء تركيبات تسمى RAMDAC.
الجهاز المتصل عن بعد بـ DAC هو مقياس جهد يتم التحكم فيه رقميًا يستخدم لالتقاط الإشارة.
تصميم ميكانيكي
على سبيل المثال ، تستخدم الآلة الكاتبة IBM Selectric بالفعل DAC غير اليدوي لقيادة الكرة.
تبدو دائرة المحول الرقمي إلى التناظري هكذا
يشغل محرك ميكانيكي أحادي البت موضعين: أحدهما عند التشغيل والآخر عند إيقاف التشغيل. يمكن الجمع بين حركة مشغلات أحادية بت متعددة وترجيحها بواسطة الجهاز دون تردد للحصول على خطوات أكثر دقة.
إنها الآلة الكاتبة IBM Selectric التي تستخدم مثل هذا النظام.
الأنواع الرئيسية من المحولات الرقمية إلى التناظرية
- معدل عرض النبضة حيث يتم تحويل تيار أو جهد ثابت إلى مرشح تناظري منخفض التمرير بمدة يحددها رمز إدخال رقمي. غالبًا ما تستخدم هذه الطريقة للتحكم في سرعة المحرك وأضواء LED الخافتة.
- محول الصوت الرقمي إلى التناظري معزيادة أخذ العينات أو الإقحام DACs ، مثل تلك التي تستخدم تعديل دلتا سيغما ، تستخدم طريقة تباين كثافة النبض. يمكن تحقيق سرعات تزيد عن 100 كيلو بايت في الثانية (على سبيل المثال 180 كيلو هرتز) ودقة 28 بت باستخدام جهاز دلتا سيغما.
- عنصر مرجح ثنائي يحتوي على مكونات كهربائية منفصلة لكل بت DAC متصل بنقطة التجميع. هي التي يمكنها إضافة مكبر الصوت التشغيلي. تتناسب القوة الحالية للمصدر مع وزن البتة التي يتوافق معها. وبالتالي ، تتم إضافة جميع وحدات البت غير الصفرية من الكود إلى الوزن. هذا لأن لديهم نفس مصدر الجهد تحت تصرفهم. هذه إحدى أسرع طرق التحويل ، لكنها ليست مثالية. نظرًا لوجود مشكلة: دقة منخفضة بسبب البيانات الكبيرة المطلوبة لكل جهد أو تيار فردي. هذه المكونات عالية الدقة باهظة الثمن ، لذلك يقتصر هذا النوع من النماذج عادةً على دقة 8 بت أو أقل. الغرض من المقاوم المحول هو المحولات الرقمية إلى التناظرية في مصادر الشبكة المتوازية. يتم توصيل المثيلات الفردية بالكهرباء بناءً على إدخال رقمي. يكمن مبدأ تشغيل هذا النوع من المحولات الرقمية إلى التناظرية في مصدر التيار المحول لـ DAC ، حيث يتم تحديد مفاتيح مختلفة بناءً على إدخال رقمي. يتضمن خط مكثف متزامن. هذه العناصر المفردة متصلة أو غير متصلة باستخدام آلية خاصة (قدم) تقع بالقرب من جميع المقابس.
- محولات السلالم الرقمية إلى التناظريةtype ، وهو عنصر مرجح ثنائي. وهو بدوره يستخدم بنية متكررة لقيم المقاوم المتتالية R و 2R. هذا يحسن الدقة بسبب السهولة النسبية لتصنيع نفس آلية التصنيف (أو المصادر الحالية).
- التقدم المتسلسل أو DAC الدوري الذي يبني الناتج واحدًا تلو الآخر خلال كل خطوة. تتم معالجة البتات الفردية للإدخال الرقمي بواسطة جميع الموصلات حتى يتم حساب الكائن بالكامل.
- Thermometer هو DAC مشفر يحتوي على مقاوم متساوٍ أو جزء من المصدر الحالي لكل قيمة ممكنة لإخراج DAC. سيحتوي مقياس الحرارة DAC ذو 8 بتات على 255 عنصرًا ، وسيحتوي مقياس الحرارة DAC 16 بت على 65.535 جزءًا. ربما يكون هذا هو هيكل DAC الأسرع والأكثر دقة ، ولكن على حساب التكلفة العالية. مع هذا النوع من DAC ، تم تحقيق معدلات تحويل تزيد عن مليار عينة في الثانية.
- DACs الهجينة التي تستخدم مجموعة من الطرق المذكورة أعلاه في محول واحد. معظم DAC ICs من هذا النوع نظرًا لصعوبة الحصول على تكلفة منخفضة وسرعة عالية ودقة في جهاز واحد.
- DAC المقسم الذي يجمع بين مبدأ ترميز ميزان الحرارة للأرقام الأعلى والوزن الثنائي للمكونات الأقل. بهذه الطريقة ، يتم التوصل إلى حل وسط بين الدقة (باستخدام مبدأ ترميز مقياس الحرارة) وعدد المقاومات أو المصادر الحالية (باستخدام الترجيح الثنائي). جهاز عميق مزدوجيعني الإجراء أن التجزئة هي 0٪ ، والتصميم مع ترميز حراري كامل يحتوي على 100٪.
تعتمد معظم DACS في هذه القائمة على مرجع جهد ثابت لإنشاء قيمة خرجها. بدلاً من ذلك ، يقبل DAC المضاعف جهد دخل التيار المتردد لتحويلها. هذا يفرض قيود تصميم إضافية على عرض النطاق الترددي لخطة إعادة التنظيم. أصبح من الواضح الآن سبب الحاجة إلى محولات من الرقمية إلى التناظرية من مختلف الأنواع.
الأداء
DACs مهمة جدًا لأداء النظام. إن أهم خصائص هذه الأجهزة هي الدقة التي يتم إنشاؤها لاستخدام محول من رقمي إلى تمثيلي.
عادة ما يتم تحديد عدد مستويات الإخراج المحتملة التي تم تصميم DAC لتشغيلها على أنها عدد البتات التي تستخدمها ، وهو اللوغاريتم الأساسي الثاني لعدد المستويات. على سبيل المثال ، تم تصميم DAC 1 بت لتشغيل دائرتين ، بينما تم تصميم DAC 8 بت لتشغيل 256 دائرة. تتعلق الحشوة بالعدد الفعال للبتات ، وهو مقياس للدقة الفعلية التي حققتها DAC. تحدد الدقة عمق اللون في تطبيقات الفيديو ومعدل بت الصوت في أجهزة الصوت.
أقصى تردد
قياس أسرع سرعة يمكن أن تعمل بها دارة DAC ولا تزال تنتج الناتج الصحيح يحدد العلاقة بينها وبين النطاق الترددي للإشارة التي تم أخذ عينات منها. كما ذكر أعلاه ، فإن النظريةترتبط عينات Nyquist-Shannon بإشارات مستمرة ومنفصلة وتدعي أنه يمكن إعادة بناء أي إشارة بأي دقة من سجلاتها المنفصلة.
رتابة
يشير هذا المفهوم إلى قدرة المخرجات التناظرية لـ DAC على التحرك فقط في الاتجاه الذي يتحرك فيه المدخلات الرقمية. هذه الخاصية مهمة جدًا بالنسبة إلى DACs المستخدمة كمصدر إشارة منخفض التردد.
التشويه التوافقي الكلي والضوضاء (THD + N)
قياس التشويه والأصوات الدخيلة التي أدخلتها DAC في الإشارة ، معبرًا عنها كنسبة مئوية من إجمالي مقدار التشويه التوافقي غير المرغوب فيه والضوضاء المصاحبة للإشارة المرغوبة. هذه ميزة مهمة جدًا لتطبيقات DAC الديناميكية وذات المخرجات المنخفضة.
المدى
قياس الفرق بين أكبر وأصغر الإشارات التي يمكن أن تنتجها DAC ، معبراً عنها بالديسيبل ، يرتبط عادةً بالدقة ومستوى الضوضاء.
يمكن أن تكون القياسات الأخرى مثل تشوه الطور والارتعاش مهمة جدًا لبعض التطبيقات. هناك تلك (على سبيل المثال ، نقل البيانات لاسلكيًا ، الفيديو المركب) التي يمكنها الاعتماد على دقة استقبال الإشارات المعدلة للطور.
أخذ عينات الصوت الخطي PCM يعمل عادةً على دقة كل بت تعادل ستة ديسيبل من السعة (مضاعفة الحجم أو الدقة).
ترميزات PCM غير الخطية (A-law / Μ-law ، ADPCM ، NICAM) تحاول تحسين نطاقاتها الديناميكية الفعالة بطرق مختلفة -أحجام الخطوات اللوغاريتمية بين مستويات الإخراج الصوتي الممثلة بكل جزء من البيانات.
تصنيف المحولات من الرقمية إلى التناظرية
التصنيف حسب اللاخطية يقسمهم إلى:
- مميزة غير خطية ، والتي توضح كيف تنحرف قيمتان متجاورتان عن خطوة 1 LSB المثالية.
- التراكمي اللاخطي يشير إلى أي مدى ينحرف إرسال DAC عن المثالي.
لذا فإن السمة المثالية عادة ما تكون خطًا مستقيمًا. يوضح INL مدى اختلاف الجهد الفعلي عند قيمة كود معينة عن هذا الخط في البتات الأقل أهمية.
دفعة
في النهاية ، يتم تقييد الضوضاء من خلال همهمة حرارية ناتجة عن مكونات سلبية مثل المقاومات. بالنسبة للتطبيقات الصوتية وفي درجة حرارة الغرفة ، يكون هذا عادةً أقل بقليل من 1 ميكرو فولت (ميكرو فولت) من الإشارة البيضاء. هذا يحد من الأداء إلى أقل من 20 بت حتى في DACs 24 بت.
الأداء في مجال التردد
النطاق الديناميكي الخالي من الزائفة (SFDR) يشير بالديسيبل إلى نسبة قوى الإشارة الرئيسية المحولة إلى أكبر تجاوز غير مرغوب فيه.
تشير نسبة تشويه الضوضاء (SNDR) بالديسيبل إلى خاصية الطاقة الخاصة بالصوت الرئيسي المحول إلى مجموعها.
إجمالي التشوه التوافقي (THD) هو مجموع قوى كل HDi.
إذا كان الحد الأقصى لخطأ DNL أقل من 1 LSB ، فإن المحول الرقمي إلى التناظري مضمونستكون موحدة. ومع ذلك ، يمكن أن يكون الحد الأقصى لعدد DNL في العديد من الأدوات أحادية الصوت أكبر من 1 LSB.
أداء المجال الزمني:
- منطقة نبض خلل (طاقة خلل).
- عدم اليقين من الإجابة.
- الوقت اللاخطي (TNL).
العمليات الأساسية DAC
يأخذ المحول التناظري إلى الرقمي رقمًا دقيقًا (غالبًا رقم ثنائي ذو نقطة ثابتة) ويحوله إلى كمية مادية (مثل الجهد أو الضغط). غالبًا ما تستخدم DACs لإعادة تنظيم بيانات السلاسل الزمنية ذات الدقة المحدودة في إشارة مادية متغيرة باستمرار.
يأخذ محول D / A المثالي أرقامًا مجردة من قطار النبضات ، والتي تتم معالجتها بعد ذلك باستخدام شكل من أشكال الاستيفاء لملء البيانات بين الإشارات. يضع المحول التقليدي من الرقمي إلى التناظري الأرقام في دالة ثابتة متعددة التعريف تتكون من سلسلة من القيم المستطيلة ، والتي يتم نمذجتها باستخدام نظام تعليق صفري.
يستعيد المحول الإشارات الأصلية بحيث يلبي عرض النطاق الترددي الخاص به متطلبات معينة. يصاحب أخذ العينات الرقمية أخطاء تكمية تؤدي إلى ضوضاء منخفضة المستوى. هو الذي يضاف إلى الإشارة المستعادة. يُطلق على الحد الأدنى من اتساع الصوت التناظري الذي يمكن أن يتسبب في تغيير الصوت الرقمي الجزء الأقل أهمية (LSB). والخطأ (التقريب) الذي يحدث بين الإشارات التناظرية والرقمية ،يسمى خطأ التكميم
