Device that converts a digital signal into an analog signal
conversion of digital signals to analog signals
Электроникада, цифрлық-аналогтық түрлендіргіш (DAC, D/A, D2A немесе D to A) – цифрлық сигналды аналогтық сигналға түрлендіретін жүйе. Аналогты-цифрлық түрлендіргіш (ADC) кері функцияны орындайды. DAC архитектураларының бірнеше түрі бар; DAC-тің нақты қолдануға сәйкестігі келесі сипаттамалармен анықталады: ажыратымдылық, максималды дискретизация жиілігі және басқалары. Цифрлық-аналогтық түрлендіру сигналды нашарлатуы мүмкін, сондықтан DAC қолданылатын салаға қатысты минималды қателіктерге ие болуы керек. DAC-тер көбінесе музыка ойнатқыштарда цифрлық дерек ағынын аналогтық аудио сигналына түрлендіру үшін қолданылады. Олар сондай-ақ теледидарлар мен ұялы телефондарда цифрлық бейне деректерін аналогтық бейне сигналына түрлендіру үшін пайдаланылады. Бұл екі қолданыс жиілік/ажыратымдылық арақатынасының екі шетінде DAC-терді қолданады. Аудио DAC – төмен жиілікті, жоғары ажыратымдылықты, ал видео DAC – жоғары жиілікті, төменнен орташа ажыратымдылықты түрлендіргіш. Күрделілігі мен дәл сәйкес келетін компоненттердің қажеттілігіне байланысты, ең мамандандырылғандарынан басқа, барлық DAC интегралды схемалар (IC) түрінде жүзеге асырылады. Бұл әдетте металл-оксид-жартылайөткізгіш (MOS) аралас сигналды интегралды схемалық микросхемалар түрінде болады, олар аналогтық және цифрлық схемаларды біріктіреді. Дискретті DAC (жинақталған IC орнына көптеген дискретті электрондық компоненттерден құралған схемалар) әдетте әскери радар жүйелерінде қолданылатын өте жоғары жылдамдықты, төмен ажыратымдылықты және көп қуат тұтынатын түрлері болады. Өте жоғары жылдамдықты сынау жабдықтары, әсіресе дискретизациялық осциллографтар, дискретті DAC-терді де пайдалана алады.
In electronics, a digital to analog converter (DAC, D/A, D2A, or D to A) is a system that converts a digital signal into an analog signal. An analog to digital converter (ADC) performs the reverse function. There are several DAC architectures; the suitability of a DAC for a particular application is determined by figures of merit including: resolution, maximum sampling frequency and others. Digital to analog conversion can degrade a signal, so a DAC should be specified that has insignificant errors in terms of the application. DACs are commonly used in music players to convert digital data streams into analog audio signals. They are also used in televisions and mobile phones to convert digital video data into analog video signals. These two applications use DACs at opposite ends of the frequency/resolution trade off. The audio DAC is a low frequency, high resolution type while the video DAC is a high frequency low to medium resolution type. Due to the complexity and the need for precisely matched components, all but the most specialized DACs are implemented as integrated circuits (ICs). These typically take the form of metal–oxide–semiconductor (MOS) mixed signal integrated circuit chips that integrate both analog and digital circuits. Discrete DACs (circuits constructed from multiple discrete electronic components instead of a packaged IC) would typically be extremely high speed low resolution power hungry types, as used in military radar systems. Very high speed test equipment, especially sampling oscilloscopes, may also use discrete DACs.
Шолу
DAC абстрактілік шекті дәлдіктегі санды (әдетте, тұрақты нүктелі екілік санды) физикалық шамаға (мысалы, кернеу немесе қысымға) түрлендіреді. Атап айтқанда, DAC жиі шекті дәлдігі бар уақыт қатары деректерін үздіксіз өзгеретін физикалық сигналға түрлендіру үшін қолданылады. Егер сигналдың жолақтығы Найквист-Шеннон үлгілеу теоремасының талаптарына сәйкес келсе (яғни, Найквист жиілігінен төмен жолақтығы бар базалық сигнал) және шексіз ажыратымдылықпен үлгіленген болса, бастапқы сигнал теориялық тұрғыдан үлгіленген деректерден қайта құруға болады. Дегенмен, ADC сүзгісі Найквист жиілігінен жоғары барлық жиіліктерді толығымен жоюға мүмкін емес, олар базалық жолақтың жиілік диапазонында бұрмаланады. Сонымен қатар, ADC-нің цифрлық үлгілеу процесі белгілі бір кванттау қатесін (дөңгелектеу қатесін) тудырады, ол төмен деңгейлі шу түрінде көрінеді. Бұл қателер мақсатты қолданыстың талаптары шегінде ұсталуы мүмкін (мысалы, аудио қолданысы үшін адамның есту қабілетінің шектеулі динамикалық диапазонына сәйкес).
A DAC converts an abstract finite precision number (usually a fixed point binary number) into a physical quantity (e. g., a voltage or a pressure). In particular, DACs are often used to convert finite precision time series data to a continually varying physical signal. Provided that a signal's bandwidth meets the requirements of the Nyquist–Shannon sampling theorem (i. e., a baseband signal with bandwidth less than the Nyquist frequency) and was sampled with infinite resolution, the original signal can theoretically be reconstructed from the sampled data. However, an ADC's filtering can't entirely eliminate all frequencies above the Nyquist frequency, which will alias into the baseband frequency range. And the ADC's digital sampling process introduces some quantization error (rounding error), which manifests as low level noise. These errors can be kept within the requirements of the targeted application (e. g. under the limited dynamic range of human hearing for audio applications).
Қолданбалар
DAC және ADC цифрлық революцияға зор үлес қосып, оны мүмкін ететін технологияның бір бөлігі болып табылады. Мысалы, қашықтықтан телефон соққанда не болатынын қарастырайық. Шақырушының дауысы микрофон арқылы аналогтық электр сигналына түрлендіріледі, содан кейін аналогтық сигнал ADC арқылы цифрлық ағымға айналады. Бұл цифрлық ағын желілік пакеттерге бөлінеді және басқа цифрлық деректермен бірге, тіпті дыбыс емес, жіберілуі мүмкін. Пакеттер мақсаттағы жерге жетеді, бірақ әр пакеттің жолы мүлдем басқа болуы мүмкін және тіпті олар дұрыс ретпен келмеуі де мүмкін. Содан кейін цифрлық дауыстық дерек пакеттерден ізделіп алынып, цифрлық деректер ағынына жинақталады. DAC оны қайтадан аналогтық электр сигналына түрлендіреді, ол дыбыс күшейткішін қосады, ол өз кезегінде динамикті қосады, соның нәтижесінде дыбыс пайда болады.
DACs and ADCs are part of an enabling technology that has contributed greatly to the digital revolution. To illustrate, consider a typical long distance telephone call. The caller's voice is converted into an analog electrical signal by a microphone, then the analog signal is converted to a digital stream by an ADC. The digital stream is then divided into network packets where it may be sent along with other digital data, not necessarily audio. The packets are then received at the destination, but each packet may take a completely different route and may not even arrive at the destination in the correct time order. The digital voice data is then extracted from the packets and assembled into a digital data stream. A DAC converts this back into an analog electrical signal, which drives an audio amplifier, which in turn drives a speaker, which finally produces sound.
Аудио
Қазіргі заманғы аудиосигналдардың көпшілігі цифрлық форматта сақталады (мысалы, MP3 және CD), ал оларды динамиктер арқылы естілу үшін аналогтық сигналға түрлендіру қажет. Сондықтан DAC-тер CD ойнатқыштарда, цифрлық музыка ойнатқыштарда және компьютерлік дыбыс карталарында қолданылады. Жоғары сапалы Hi-Fi жүйелерінде де арнайы, дербес DAC-тер кездеседі. Олар әдетте үйлесімді CD ойнатқыштан немесе арнайы транспорттан (ішкі DAC-і жоқ CD ойнатқыш) цифрлық сигналды қабылдап, оны аналогтық желілік деңгейге түрлендіреді, содан кейін күшейткішке жіберіп, динамиктерді басқарады. USB динамиктер сияқты цифрлық динамиктерде де, дыбыс карталарында да осыған ұқсас цифрлық-аналогтық түрлендіргіштерді табуға болады. IP дауыс беруде бастапқы сигналды тарату үшін алдымен цифрлық форматқа келтіру керек, сондықтан ол ADC арқылы түрлендіріледі, ал қабылдаушы тарапта DAC арқылы аналогтық сигналға қайта құралады.
Most modern audio signals are stored in digital form (for example MP3s and CDs), and in order to be heard through speakers, they must be converted into an analog signal. DACs are therefore found in CD players, digital music players, and PC sound cards. Specialist standalone DACs can also be found in high end hi fi systems. These normally take the digital output of a compatible CD player or dedicated transport (which is basically a CD player with no internal DAC) and convert the signal into an analog line level output that can then be fed into an amplifier to drive speakers. Similar digital to analog converters can be found in digital speakers such as USB speakers, and in sound cards. In voice over IP applications, the source must first be digitized for transmission, so it undergoes conversion via an ADC and is then reconstructed into analog using a DAC on the receiving party's end.
Видео
Видео үлгілеуі катодты сәулелі түтіктердің (цифрлық бейне негізінің көп бөлігі оларға бағытталған) және адам көзінің өте сызықтық емес жауабының арқасында мүлдем басқа масштабта жұмыс істейді. Дисплейдің толық динамикалық диапазонында жарықтық деңгейлерінің біркелкі таралуын қамтамасыз ету үшін "гамма қисығы" қолданылады. Сондықтан компьютерлік бейне қолданбаларында RAMDAC-терді пайдалану қажеттілігі туындайды, себебі әр арнаның әрбір шығыс деңгейі үшін DAC-ке бағдарламаланған мәнді енгізу жеткілікті түс ажыратымдылығынсыз мүмкін емес (мысалы, Atari ST немесе Sega Genesis үшін 24 мән, ал 24 биттік бейне карта үшін 768 мән қажет). Осы туа біткен бұрмалауды ескере отырып, теледидар немесе бейне проектордың 1000:1 немесе одан да жоғары сызықты контраст қатынасын (ең қараңғы және ең ақын шығыс деңгейлері арасындағы айырмашылық) шындықпен айтуы жиі кездеседі, бұл 10 биттік аудио дәлдігіне тең, тіпті ол 8 биттік дәлдіктегі сигналдарды қабылдаса да және әрбір арнаға 6 немесе 7 битті ғана көрсете алатын LCD панелін қолданса да. Компьютер сияқты цифрлық көзден алынған бейнесигналдар аналогты мониторда көрсетілуі үшін аналогтық форматқа түрлендірілуі керек. 2007 жылға дейін аналогтық кірістер цифрлық кірістерден гөрі жиі қолданылды, бірақ DVI және/немесе HDMI қосылыстары бар жалпақ экранды дисплейлер кеңінен таралғаннан кейін жағдай өзгерді. Дегенмен, аналогтық шығыстары бар кез келген цифрлық бейне ойнатқышта бейне DAC болады. DAC әдетте жадпен (RAM) біріктіріледі, онда гамма түзетуі, контраст және жарықтық үшін түрлендіру кестелері сақталады, осылайша RAMDAC деп аталатын құрылғы жасалады.
Video sampling tends to work on a completely different scale altogether thanks to the highly nonlinear response both of cathode ray tubes (for which the vast majority of digital video foundation work was targeted) and the human eye, using a "gamma curve" to provide an appearance of evenly distributed brightness steps across the display's full dynamic range hence the need to use RAMDACs in computer video applications with deep enough color resolution to make engineering a hardcoded value into the DAC for each output level of each channel impractical (e. g. an Atari ST or Sega Genesis would require 24 such values; a 24 bit video card would need 768 ). Given this inherent distortion, it is not unusual for a television or video projector to truthfully claim a linear contrast ratio (difference between darkest and brightest output levels) of 1000:1 or greater, equivalent to 10 bits of audio precision even though it may only accept signals with 8 bit precision and use an LCD panel that only represents 6 or 7 bits per channel. Video signals from a digital source, such as a computer, must be converted to analog form if they are to be displayed on an analog monitor. As of 2007, analog inputs were more commonly used than digital, but this changed as flat panel displays with DVI and/or HDMI connections became more widespread. A video DAC is, however, incorporated in any digital video player with analog outputs. The DAC is usually integrated with some memory (RAM), which contains conversion tables for gamma correction, contrast and brightness, to make a device called a RAMDAC.
Цифрлық потенциометр
ДАК-қа алыстан туыс құрылғы – цифрлық басқарылатын потенциометр, ол аналогтық сигналды цифрлық түрде басқару үшін қолданылады.
A device that is distantly related to the DAC is the digitally controlled potentiometer, used to control an analog signal digitally.
Механикалық
Бір биттік механикалық атқарушы құрылғы екі күйді қабылдайды: біреуі іске қосылғанда, екіншісі өшірілгенде. Бірнеше бір биттік атқарушы құрылғылардың қозғалысын біріктіріп, салмақтау тетігі арқылы нақтырақ қадамдар жасауға болады. IBM Selectric тегіл машинасы осындай жүйені пайдаланады.
A one bit mechanical actuator assumes two positions: one when on, another when off. The motion of several one bit actuators can be combined and weighted with a whiffletree mechanism to produce finer steps. The IBM Selectric typewriter uses such a system.
Байланыс
DAC-тер заманауи байланыс жүйелерінде кеңінен қолданылады, сандық түрде анықталған тарату сигналдарын жасауға мүмкіндік береді. Жоғары жылдамдықты DAC-тер ұялы байланыста, ал өте жоғары жылдамдықты DAC-тер оптикалық байланыс жүйелерінде қолданылады.
DACs are widely used in modern communication systems enabling the generation of digitally defined transmission signals. High speed DACs are used for mobile communications and ultra high speed DACs are employed in optical communications systems.