Dalam elektronika, rangkaian DAC adalah sejenis sistem. Dialah yang mengubah sinyal digital menjadi analog.
Ada beberapa sirkuit DAC. Kesesuaian untuk aplikasi tertentu ditentukan oleh metrik kualitas termasuk resolusi, laju sampel maksimum, dan lainnya.
Konversi digital-ke-analog dapat menurunkan pengiriman sinyal, sehingga perlu ditemukan instrumen yang memiliki kesalahan kecil dalam penerapannya.
Aplikasi
DAC biasanya digunakan pada pemutar musik untuk mengubah aliran informasi numerik menjadi sinyal audio analog. Mereka juga digunakan di televisi dan ponsel untuk mengubah data video menjadi sinyal video, masing-masing, yang terhubung ke driver layar untuk menampilkan gambar monokromatik atau multi-warna.
Dua aplikasi inilah yang menggunakan sirkuit DAC di ujung yang berlawanan dari kompromi antara kepadatan dan jumlah piksel. Audio adalah tipe frekuensi rendah dengan resolusi tinggi dan video adalah varian frekuensi tinggi dengan gambar rendah hingga sedang.
Karena kerumitan dan kebutuhan akan komponen yang dicocokkan dengan cermat, semua kecuali DAC yang paling khusus diimplementasikan sebagai sirkuit terpadu (IC). Tautan diskrit biasanya sangat cepat, resolusi rendah, tipe hemat daya yang digunakan dalam sistem radar militer. Peralatan uji kecepatan sangat tinggi, terutama osiloskop sampling, juga dapat menggunakan DAC diskrit.
Ringkasan
Output semi-konstan dari DAC tanpa filter konvensional terpasang di hampir semua perangkat, dan gambar awal atau bandwidth akhir dari desain memperhalus respons nada menjadi kurva kontinu.
Menjawab pertanyaan: "Apa itu DAC?", Perlu dicatat bahwa komponen ini mengubah angka abstrak presisi hingga (biasanya digit titik tetap biner) menjadi nilai fisik (misalnya, tegangan atau tekanan). Secara khusus, konversi D/A sering digunakan untuk mengubah data deret waktu menjadi sinyal fisik yang terus berubah.
DAC yang ideal mengubah digit abstrak menjadi rangkaian pulsa konseptual, yang kemudian diproses oleh filter rekonstruksi, menggunakan beberapa bentuk interpolasi untuk mengisi data di antara pulsa. Biasakonverter digital-ke-analog praktis mengubah angka menjadi fungsi konstan yang terdiri dari urutan pola persegi panjang yang dibuat dengan urutan ke nol. Juga, menjawab pertanyaan, "Apa itu DAC?" perlu diperhatikan metode lain (misalnya, berdasarkan modulasi delta-sigma). Mereka membuat output termodulasi densitas-pulsa yang dapat difilter dengan cara yang sama untuk menghasilkan sinyal yang bervariasi dengan mulus.
Menurut teorema pengambilan sampel Nyquist-Shannon, DAC dapat merekonstruksi getaran asli dari data sampel, asalkan zona penetrasinya memenuhi persyaratan tertentu (misalnya, pulsa pita dasar dengan kerapatan garis yang lebih rendah). Sampel digital mewakili kesalahan kuantisasi, yang muncul sebagai noise tingkat rendah dalam sinyal yang direkonstruksi.
Diagram fungsi sederhana dari alat 8-bit
Perlu segera dicatat bahwa model yang paling populer adalah konverter digital-ke-analog NANO-DAC Real Cable. DAC adalah bagian dari teknologi canggih yang telah memberikan kontribusi signifikan terhadap revolusi digital. Sebagai ilustrasi, pertimbangkan panggilan telepon jarak jauh biasa.
Suara pemanggil diubah menjadi sinyal listrik analog menggunakan mikrofon, dan kemudian pulsa ini diubah menjadi aliran digital bersama dengan DAC. Setelah itu, yang terakhir dibagi menjadi paket jaringan, di mana ia dapat dikirim bersama dengan data digital lainnya. Dan belum tentu audio.
Kemudian paketditerima di tempat tujuan, tetapi masing-masing dari mereka mungkin mengambil rute yang sama sekali berbeda dan bahkan tidak mencapai tujuan dalam urutan yang benar dan pada waktu yang tepat. Data suara digital kemudian diekstraksi dari paket dan dirakit menjadi aliran data umum. DAC mengubahnya kembali menjadi sinyal listrik analog yang menggerakkan penguat audio (seperti konverter digital-ke-analog Kabel Nyata NANO-DAC). Dan dia, pada gilirannya, mengaktifkan pengeras suara, yang akhirnya menghasilkan suara yang diperlukan.
Audio
Sebagian besar sinyal akustik modern disimpan secara digital (mis. MP3 dan CD). Agar dapat didengar melalui speaker, mereka harus diubah menjadi impuls yang sama. Jadi Anda dapat menemukan konverter digital-ke-analog untuk TV, pemutar CD, sistem musik digital, dan kartu suara PC.
DAC mandiri khusus juga dapat ditemukan di sistem Hi-Fi berkualitas tinggi. Mereka biasanya mengambil output digital dari pemutar CD yang kompatibel atau kendaraan khusus dan mengubah sinyal menjadi output analog tingkat garis yang kemudian dapat dimasukkan ke amplifier untuk menggerakkan speaker.
Konverter D/A serupa dapat ditemukan di kolom digital seperti speaker USB dan kartu suara.
Dalam aplikasi Voice over IP, sumber harus didigitalkan terlebih dahulu untuk transmisi, sehingga dikonversi melalui ADC dan kemudian dikonversi ke analog menggunakan DAC padapihak penerima. Misalnya, metode ini digunakan untuk beberapa konverter digital-ke-analog (TV).
Gambar
Pengambilan sampel cenderung beroperasi pada skala yang sama sekali berbeda secara keseluruhan, karena respons yang sangat non-linier dari kedua tabung sinar katoda (yang sebagian besar produksi video digital ditujukan) dan mata manusia, menggunakan kurva gamma untuk memberikan tampilan langkah-langkah kecerahan yang didistribusikan secara merata di seluruh rentang dinamis tampilan. Oleh karena itu, kebutuhan untuk menggunakan RAMDAC dalam aplikasi video komputer dengan resolusi warna yang cukup dalam, sehingga tidak praktis untuk membuat nilai hard-code di DAC untuk setiap tingkat output dari setiap saluran (misalnya, Atari ST atau Sega Genesis akan membutuhkan 24 dari nilai-nilai ini; kartu video 24-bit akan membutuhkan 768).
Dengan adanya distorsi bawaan ini, tidak jarang TV atau proyektor video dikatakan memiliki rasio kontras linier (perbedaan antara tingkat keluaran paling gelap dan paling terang) 1.000:1 atau lebih. Ini setara dengan 10 bit kesetiaan suara, meskipun hanya dapat menerima sinyal dengan kesetiaan 8 bit dan menggunakan panel LCD yang hanya menampilkan enam atau tujuh bit per saluran. Ulasan DAC diterbitkan atas dasar ini.
Sinyal video dari sumber digital seperti komputer harus diubah ke bentuk analog jika ingin ditampilkan di monitor. Mirip sejak 2007input lebih sering digunakan daripada input digital, tetapi ini telah berubah karena tampilan panel datar dengan koneksi DVI atau HDMI menjadi lebih umum. Namun, DAC video dibangun ke pemutar video digital apa pun dengan output yang sama. Konverter audio digital-ke-analog biasanya terintegrasi dengan beberapa jenis memori (RAM) yang berisi tabel reorganisasi untuk koreksi gamma, kontras, dan kecerahan untuk membuat perlengkapan yang disebut RAMDAC.
Perangkat yang terhubung dari jarak jauh ke DAC adalah potensiometer yang dikontrol secara digital yang digunakan untuk menangkap sinyal.
Desain mekanis
Misalnya mesin ketik IBM Selectric sudah menggunakan DAC non-manual untuk menggerakkan bola.
Rangkaian konverter digital-ke-analog terlihat seperti ini.
Drive mekanis bit tunggal mengambil dua posisi: satu saat dihidupkan, yang lain saat dimatikan. Pergerakan beberapa aktuator bit tunggal dapat digabungkan dan ditimbang oleh perangkat tanpa ragu-ragu untuk mendapatkan langkah yang lebih akurat.
Mesin tik IBM Selectric yang menggunakan sistem seperti itu.
Jenis utama konverter digital-ke-analog
- Modulator lebar pulsa di mana arus atau tegangan stabil diubah menjadi filter analog low-pass dengan durasi yang ditentukan oleh kode input digital. Cara ini sering digunakan untuk mengatur kecepatan motor dan meredupkan lampu LED.
- Konverter audio digital ke analog denganoversampling atau interpolasi DAC, seperti yang menggunakan modulasi delta-sigma, menggunakan metode variasi densitas pulsa. Kecepatan lebih dari 100 ksample per detik (misalnya 180 kHz) dan resolusi 28-bit dapat dicapai dengan perangkat delta-sigma.
- Sebuah elemen berbobot biner yang berisi komponen listrik terpisah untuk setiap bit DAC yang terhubung ke titik penjumlahan. Dialah yang dapat menjumlahkan penguat operasional. Kekuatan sumber saat ini sebanding dengan berat bit yang sesuai. Dengan demikian, semua bit kode yang bukan nol ditambahkan ke bobot. Ini karena mereka memiliki sumber tegangan yang sama. Ini adalah salah satu metode konversi tercepat, tetapi tidak sempurna. Karena ada masalah: kesetiaan rendah karena data besar yang diperlukan untuk setiap tegangan atau arus individu. Komponen presisi tinggi seperti itu mahal, jadi model jenis ini biasanya terbatas pada resolusi 8-bit atau bahkan kurang. Resistor yang diaktifkan memiliki tujuan konverter digital-ke-analog dalam sumber jaringan paralel. Instans individu terhubung ke listrik berdasarkan input digital. Prinsip operasi jenis konverter digital-ke-analog ini terletak pada sumber arus DAC yang dialihkan, dari mana kunci yang berbeda dipilih berdasarkan input numerik. Ini termasuk saluran kapasitor sinkron. Elemen tunggal ini dihubungkan atau diputuskan menggunakan mekanisme khusus (kaki) yang terletak di dekat semua colokan.
- Konverter tangga digital-ke-analogtype, yang merupakan elemen berbobot biner. Itu, pada gilirannya, menggunakan struktur berulang dari nilai resistor berjenjang R dan 2R. Hal ini meningkatkan akurasi karena relatif mudahnya fabrikasi dari mekanisme pengenal yang sama (atau sumber arus).
- Sequential advance atau DAC siklik yang membangun output satu per satu selama setiap langkah. Bit individual dari input digital diproses oleh semua konektor hingga seluruh objek diperhitungkan.
- Termometer adalah DAC berkode yang berisi resistor yang sama atau segmen sumber arus untuk setiap kemungkinan nilai keluaran DAC. DAC termometer 8-bit akan memiliki 255 elemen, dan DAC termometer 16-bit akan memiliki 65.535 bagian. Ini mungkin arsitektur DAC tercepat dan paling akurat, tetapi dengan mengorbankan biaya tinggi. Dengan jenis DAC ini, tingkat konversi lebih dari satu miliar sampel per detik telah dicapai.
- DAC hybrid yang menggunakan kombinasi metode di atas dalam satu konverter. Kebanyakan IC DAC adalah tipe ini karena sulitnya mendapatkan biaya rendah, kecepatan tinggi, dan akurasi semua dalam satu perangkat.
- DAC tersegmentasi yang menggabungkan prinsip pengkodean termometer untuk digit yang lebih tinggi dan pembobotan biner untuk komponen yang lebih rendah. Dengan cara ini, kompromi tercapai antara akurasi (menggunakan prinsip pengkodean termometer) dan jumlah resistor atau sumber arus (menggunakan pembobotan biner). Perangkat dalam dengan gandatindakan berarti segmentasi adalah 0%, dan desain dengan pengkodean termometrik penuh memiliki 100%.
Sebagian besar DACS dalam daftar ini bergantung pada referensi tegangan konstan untuk menciptakan nilai keluarannya. Atau, DAC yang mengalikan menerima tegangan input AC untuk mengubahnya. Ini membebankan batasan desain tambahan pada bandwidth skema reorganisasi. Sekarang jelas mengapa konverter digital-ke-analog dari berbagai jenis diperlukan.
Kinerja
DAC sangat penting untuk kinerja sistem. Karakteristik paling signifikan dari perangkat ini adalah resolusi yang dibuat untuk penggunaan konverter digital-ke-analog.
Jumlah kemungkinan level keluaran yang dirancang DAC untuk dimainkan biasanya dinyatakan sebagai jumlah bit yang digunakannya, yang merupakan basis dua logaritma dari jumlah level. Misalnya, DAC 1-bit dirancang untuk memainkan dua sirkuit, sedangkan DAC 8-bit dirancang untuk memainkan 256 sirkuit. Padding terkait dengan jumlah bit efektif, yang merupakan ukuran resolusi aktual yang dicapai oleh DAC. Resolusi menentukan kedalaman warna dalam aplikasi video dan kecepatan bit audio di perangkat audio.
Frekuensi maksimum
Mengukur kecepatan tercepat sirkuit DAC dapat beroperasi dan masih menghasilkan output yang benar menentukan hubungan antara itu dan bandwidth sinyal sampel. Seperti yang dinyatakan di atas, teoremaSampel Nyquist-Shannon menghubungkan sinyal kontinu dan sinyal diskrit dan mengklaim bahwa sinyal apa pun dapat direkonstruksi dengan akurasi apa pun dari rekaman diskritnya.
Monotonisitas
Konsep ini mengacu pada kemampuan output analog DAC untuk bergerak hanya ke arah pergerakan input digital. Karakteristik ini sangat penting untuk DAC yang digunakan sebagai sumber sinyal frekuensi rendah.
Total distorsi harmonik dan noise (THD + N)
Pengukuran distorsi dan suara asing yang dimasukkan oleh DAC ke dalam sinyal, dinyatakan sebagai persentase dari jumlah total distorsi harmonik yang tidak diinginkan dan kebisingan yang menyertai sinyal yang diinginkan. Ini adalah fitur yang sangat penting untuk aplikasi DAC dinamis dan keluaran rendah.
Rentang
Ukuran perbedaan antara sinyal terbesar dan terkecil yang dapat direproduksi oleh DAC, dinyatakan dalam desibel, biasanya terkait dengan resolusi dan tingkat kebisingan.
Pengukuran lain seperti distorsi fase dan jitter juga dapat menjadi sangat penting untuk beberapa aplikasi. Ada beberapa (misalnya, transmisi data nirkabel, video komposit) yang bahkan dapat mengandalkan penerimaan sinyal yang disesuaikan fase secara akurat.
Sampling audio PCM linier biasanya bekerja pada resolusi setiap bit yang setara dengan enam desibel amplitudo (menggandakan volume atau akurasi).
Pengkodean PCM nonlinier (A-law / -law, ADPCM, NICAM) mencoba meningkatkan rentang dinamis efektifnya dengan berbagai cara -ukuran langkah logaritmik antara tingkat audio keluaran yang diwakili oleh setiap bit data.
Klasifikasi konverter digital-ke-analog
Klasifikasi menurut non-linier membaginya menjadi:
- Non-linearitas khas, yang menunjukkan bagaimana dua nilai kode tetangga menyimpang dari langkah 1 LSB yang sempurna.
- Non-linearitas kumulatif menunjukkan seberapa jauh transmisi DAC menyimpang dari ideal.
Jadi fitur yang ideal biasanya berupa garis lurus. INL menunjukkan seberapa besar tegangan aktual pada nilai kode yang diberikan berbeda dari baris ini dalam bit yang paling tidak signifikan.
Meningkatkan
Pada akhirnya, noise dibatasi oleh dengungan termal yang dihasilkan oleh komponen pasif seperti resistor. Untuk aplikasi audio dan pada suhu kamar, ini biasanya hanya di bawah 1 V (mikrovolt) sinyal putih. Ini membatasi kinerja hingga kurang dari 20 bit bahkan dalam DAC 24-bit.
Kinerja dalam domain frekuensi
Spurious-free dynamic range (SFDR) menunjukkan dalam dB rasio kekuatan sinyal utama yang dikonversi ke overshoot terbesar yang tidak diinginkan.
Noise Distortion Ratio (SNDR) menunjukkan dalam dB properti daya dari suara utama yang dikonversi ke penjumlahannya.
Total Harmonic Distortion (THD) adalah jumlah kekuatan semua HDi.
Jika kesalahan DNL maksimum kurang dari 1 LSB, maka konverter digital-ke-analog dijaminakan seragam. Namun, banyak instrumen monoton dapat memiliki DNL maksimum lebih besar dari 1 LSB.
Kinerja domain waktu:
- Zona impuls kesalahan (energi kesalahan).
- Ketidakpastian jawaban.
- Waktu Nonlinier (TNL).
Operasi Dasar DAC
Konverter analog-ke-digital mengambil bilangan eksak (paling sering bilangan biner titik tetap) dan mengubahnya menjadi besaran fisik (seperti tegangan atau tekanan). DAC sering digunakan untuk mengatur ulang data deret waktu presisi hingga menjadi sinyal fisik yang terus berubah.
Konverter D/A yang ideal mengambil angka abstrak dari rangkaian pulsa, yang kemudian diproses menggunakan bentuk interpolasi untuk mengisi data di antara sinyal. Konverter digital-ke-analog konvensional menempatkan angka ke dalam fungsi konstanta sepotong-sepotong yang terdiri dari urutan nilai persegi panjang, yang dimodelkan dengan penahanan orde nol.
Konverter mengembalikan sinyal asli sehingga bandwidthnya memenuhi persyaratan tertentu. Pengambilan sampel digital disertai dengan kesalahan kuantisasi yang menghasilkan noise tingkat rendah. Dialah yang ditambahkan ke sinyal yang dipulihkan. Amplitudo minimum suara analog yang dapat menyebabkan suara digital berubah disebut bit paling tidak signifikan (LSB). Dan kesalahan (pembulatan) yang terjadi antara sinyal analog dan digital,disebut kesalahan kuantisasi.
