• 數模轉換器

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    數模轉換器

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    電子產品中,數模轉換器(DAC)是一種將數字信號轉換為模擬信號系統。一模數轉換器(ADC)執行相反的功能

    有幾種數模轉換器架構 ; 數模轉換器是否適合特定應用取決于品質因數,包括:分辨率、xxx采樣頻率等。數模轉換可能會使信號降級,因此應指定在應用方面誤差不大的DAC。

    數模轉換器通常用于音樂播放器中,以將數字數據流轉換為模擬音頻信號。它們還用于電視和移動電話中,以將數字視頻數據轉換為模擬視頻信號,然后將其連接到屏幕驅動器以顯示單色彩色圖像。這兩個應用在頻率/分辨率折衷的相對兩端使用DAC。音頻DAC是低頻高分辨率類型,而視頻DAC是高頻低分辨率至中等分辨率類型。

    數模轉換器

    由于復雜性和需要精確匹配的組件的需要,除最專業的DAC以外的所有DAC均實現為集成電路(IC)。這些通常采用金屬氧化物半導體(MOS)混合信號集成電路芯片的形式,該芯片集成了模擬和數字電路

    分立的DAC(由多個分立的電子組件代替封裝的IC構成的電路)通常是超高速,低分辨率,耗電的類型,如軍事雷達系統中所用。高速測試設備,尤其是采樣示波器,也可能使用分立數模轉換器。

    概述

    數模轉換器將抽象的有限精度數(通常是定點?二進制數)轉換為物理量(例如,電壓或壓力)。特別是,DAC通常用于將有限精度時間序列數據轉換為連續變化的物理信號。

    一個理想的數模轉換器的抽象的數字轉換成的概念序列脈沖,然后由經處理的重構濾波器使用某種形式的內插以填充脈沖之間的數據。傳統的實用?DAC將數字轉換為由一系列以零階保持建模的矩形函數組成的分段常數函數。其他DAC方法(例如基于delta-sigma調制的方法)會產生脈沖密度調制的輸出,可以對其進行類似的濾波以產生平滑變化的信號。

    根據Nyquist–Shannon采樣定理,只要DAC的帶寬滿足某些要求(例如,帶寬小于Nyquist頻率的基帶信號),DAC就可以從采樣數據中重建原始信號。數字采樣引入量化誤差,該誤差表現為重構信號中的低電平噪聲。

    應用

    數模轉換器和ADC是促成技術的一部分,促成了數字xxx。為了說明,考慮一個典型的長途電話。呼叫者的語音通過麥克風轉換為模擬電信號,然后通過ADC轉換為數字流。然后將數字流分為網絡數據包,在其中可以將其與其他數字數據一起發送,不一定是音頻。然后,在目的地接收分組,但是每個分組可能采用完全不同的路由,甚至可能沒有以正確的時間順序到達目的地。然后,從分組中提取數字語音數據,并將其組合為數字數據流。DAC將其轉換回模擬電信號,從而驅動音頻放大器,音頻放大器又驅動揚聲器,揚聲器最終產生聲音。

    音頻

    大多數現代音頻信號都以數字形式存儲(例如MP3和CD),并且為了通過揚聲器收聽,必須將它們轉換為模擬信號。因此,可以在CD播放器,數字音樂播放器和PC?聲卡中找到DAC?。

    在高端高保真音響系統中也可以找到專業的獨立DAC?。這些通常采用兼容CD播放器或專用傳輸器(基本上是沒有內部DAC的CD播放器)的數字輸出,并將信號轉換為模擬?線路電平輸出,然后將其輸入到放大器中以驅動揚聲器。

    在數字揚聲器(例如USB揚聲器)和聲卡中可以找到類似的數模轉換器。

    在IP語音應用中,必須首先將源數字化以進行傳輸,因此必須通過ADC對其進行轉換,然后在接收端使用DAC將其重構為模擬信號。

    視頻

    由于陰極射線管(針對絕大多數數字視頻基礎工作目標)和人眼使用“伽瑪曲線”提供了一個高非線性響應,因此視頻采樣趨于完全在完全不同的規模上進行工作。整個顯示器整個動態范圍內亮度分布均勻分布的外觀-因此需要使用RAMDAC在具有足夠深的色彩分辨率的計算機視頻應用中,使對每個通道的每個輸出電平進行硬編碼的值設計到DAC中都是不切實際的。鑒于這種固有的失真,電視或視頻投影儀如實聲稱線性對比度(最暗和最亮輸出電平之間的差)為1000:1或更大,相當于10比特的音頻精度并不罕見,即使它只能接受8位精度的信號,并使用每個通道僅代表6或7位的LCD面板。

    如果要將數字源的視頻信號顯示在模擬xxx器上,則必須將其轉換為模擬形式。截至2007年,模擬輸入比數字輸入更常用,但是隨著帶有DVI和/或HDMI連接的平板顯示器的普及,這種情況發生了變化。然而,在任何數字視頻播放器的模擬輸出包含于此。DAC通常與一些內存(RAM)集成在一起,其中包含用于伽馬校正,對比度和亮度的轉換表,以制造稱為RAMDAC的設備。

    與DAC密切相關的設備是數控電位器,用于數字控制模擬信號。

    機械

    一位機械致動器處于兩個位置:一個處于打開狀態,另一個處于關閉狀態。可以將多個一位執行器的運動進行組合,并通過擺錘機構進行加權,以產生更精細的步幅。在IBM Selectric打字機使用這種系統。

    通訊

    DAC在現代通信系統中得到了廣泛使用,能夠生成數字定義的傳輸信號。高速DAC用于移動通信,而超高速DAC用于光通信系統。

    類型

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    電子DAC最常見的類型是:

    • 脈沖寬度調制器,其中一個穩定的電流或電壓被切換到一個低通模擬濾波器具有由數字輸入碼確定的持續時間。此技術通常用于電動機速度控制和LED燈調光。
    • 過采樣DAC或內插DAC(例如采用delta-sigma調制的?DAC)使用帶有過采樣的脈沖密度轉換技術。使用delta-sigma DAC可獲得每秒超過10萬個樣本的速度(例如192 kHz)和24位分辨率。
    • 二進制加權DAC,它包含與連接到求和點(通常是運算放大器)的DAC的每一位有關的單獨的電氣組件。求和中的每個輸入均具有2的冪,并且最高位的電流或電壓最高。這些精確的電壓或電流總和為正確的輸出值。這是最快的轉換方法之一,但是由于每個單獨的電壓或電流都需要很高的精度,因此精度較差。這種類型的轉換器通常限于8位以下分辨率。
      • 開關電阻器?DAC包含一個并聯電阻器網絡。網絡中的各個電阻根據數字輸入啟用或旁路。
      • 開關電流源?DAC,根據數字輸入從中選擇不同的電流源。
      • 開關電容器?DAC包含一個并聯電容器網絡。各個電容器通過基于輸入的開關連接或斷開。
      • 的R-2R梯形?DAC,其是使用電阻器的和重復的級聯結構值R 2R二進制加權DAC。由于生產等值匹配電阻器相對容易,因此提高了精度。
    • 逐次逼近或循環DAC,它在每個周期內依次構建輸出。每個周期都會處理數字輸入的各個位,直到考慮到整個輸入為止。
    • 溫度計編碼?DAC,它包含DAC輸出的每個可能值相等的電阻器或電流源段。一個8位溫度計DAC將具有255段,而一個16位溫度計DAC將具有65,535段。這是一種快速,最高精度的DAC架構,但以需要許多組件為代價,而對于實際實現而言,制造需要高密度IC工藝。
    • 混合DAC,在單個轉換器中結合了上述技術。由于很難在一個設備中獲得低成本,高速和高精度,因此大多數DAC集成電路都屬于這種類型。
      • 分段DAC結合了溫度計編碼原理的最高有效位和二進制加權原理的最低有效位。這樣,在精度(通過使用溫度計編碼原理)和電阻器或電流源的數量(通過使用二進制加權原理)之間取得了折衷。完整的二進制加權設計意味著0%的細分,完整的溫度計編碼設計意味著100%的細分。
    • 此列表中顯示的大多數DAC依靠恒定的基準電壓或電流來產生其輸出值。或者,乘法DAC將可變的輸入電壓或電流作為轉換參考。這對轉換電路的帶寬施加了額外的設計約束。
    • 現代高速DAC具有交錯式架構,其中多個DAC內核并行使用。它們的輸出信號在模擬域中合并,以增強合并的DAC的性能。信號的組合可以在時域或頻域中執行。

    功績

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    • 靜態性能:
      • 差分非線性(DNL)顯示兩個相鄰代碼模擬值偏離理想的1 LSB階躍的程度。
      • 積分非線性(INL)顯示DAC的傳輸特性偏離理想值的程度。也就是說,理想特性通常是一條直線。INL以LSB(1 LSB步進)顯示給定代碼值下的實際電壓與該線有多少不同。
      • 增益誤差
      • 偏移誤差
      • 噪聲最終受到無源元件(例如電阻器)產生的熱噪聲的限制。對于音頻應用和在室溫下,此類噪聲通常略小于1μV(微伏)的白噪聲。即使在24位DAC中,這也將性能限制在20?21位以下。?
    • 頻域性能
      • 無雜散動態范圍(SFDR)以dB表示轉換后的主信號的功率與xxx不良雜散之間的比率。
      • 信噪比和失真(SINAD)以dB表示轉換后的主信號的功率與噪聲和所產生的諧波雜散之和之間的比率。
      • 第i次諧波失真(HDi)表示轉換后的主信號的第i次諧波的功率
      • 總諧波失真(THD)是輸入信號的所有諧波的功率之和
      • 如果xxxDNL小于1 LSB,則保證D / A轉換器是單調的。但是,許多單調轉換器的xxxDNL可能大于1 LSB。
    • 時域性能:
      • 小故障脈沖區域(小故障能量)

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    詞條目錄
    1. 數模轉換器
    2. 概述
    3. 應用
    4. 音頻
    5. 視頻
    6. 機械
    7. 通訊
    8. 類型
    9. 功績

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