1 Биттік АЦҚ: Құрылысы, артықшылықтары және қолданылуы
1-bit DAC
1 биттік DAC түрлендіргіштері: цифрлық аудиодағы артық дискретизация, төмен құн, жоғары сызықтылық және жақсырақ сигнал/шу қатынасы. CD/DVD плеерлерде кең қолданылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
1 биттік DAC (кейде Philips компаниясы Bitstream түрлендіргіш деп атайды) – тұтынушы электроникасының маркетингтік термині ретінде қолданылады, бұл oversampling digital-to-analog converter (DAC) құрылғысын сипаттайды. Бұл модельде 1 биттік DAC-қа шығатын, үлгі алу жиілігінің көп еселенгенінде жұмыс істейтін цифрлық шуды қалыптастырушы delta sigma модулятор қолданылады (ол толығымен дифференциалды болуы мүмкін, бұл қиылысуды азайтуға көмектеседі). Бұл комбинация жоғары сигнал-шу қатынасына ие болуы мүмкін, демек, біттері көп DAC-қа (әдетте 16-20) тең тиімді біт санына ие болады. Конвертердің осы түрінің артықшылықтары – жоғары сызықтылық және төмен құн, себебі өңдеудің көп бөлігі цифрлық доменде жүзеге асырылады, бұл кейінгі аналогты төмен өткізгіш сүзгіге (антиалиасинг үшін және жоғары жиілікті шуды қалыптастыру шуын басу үшін) қойылатын талаптарды жеңілдетуге көмектеседі. Осы себептерге байланысты бұл конструкция цифрлық тұтынушы электроникасында (CD/DVD ойнатқыштар, ресиверлер және т.б.) кең таралған. Бір биттік дельта-сигма DAC-терде қарапайым ішкі DAC артықшылығы болса, көп биттік дельта-сигма DAC-терде қарапайым цифрлық шуды қалыптастыру контуры, аз дитеринг, аналогты тегістеу сүзгісінің қарапайымдығы және сағат джиттеріне сезімталдығының азаюы сияқты артықшылықтары бар, сондықтан көп биттік уақытты қысқартудың артықшылықтары, әдетте, бір биттік уақытты қысқартудан жоғары болады.
A 1 bit DAC (sometimes called Bitstream converter by Philips) is used as a consumer electronics marketing term describing an oversampling digital to analog converter (DAC) that utilizes a digital noise shaping delta sigma modulator operating at many multiples of the sampling frequency that outputs to an actual 1 bit DAC (which could be fully differential to minimize crosstalk). The combination can have high signal to noise and hence an equivalent effective number of bits as a DAC with a larger number of bits (usually 16 20). The advantages of this type of converter are high linearity combined with low cost, owed to the fact that most of the processing takes place in the digital domain, which helps relax the requirements for the subsequent analog low pass filter (for anti aliasing image frequencies and suppressing high frequency noise shaping noise). For these reasons, this design is very popular in digital consumer electronics (CD/DVD players, set top boxes and the like). While single bit delta sigma DACs have an advantage of a much simpler internal DAC, multi bit delta sigma DACs have the advantages of simpler digital noise shaping loop, less dithering, a much simpler analog smoothing filter, and less sensitivity to clock jitter, so generally the advantages of multi bit truncation outweigh single bit truncation.
Сызықтық
Көп биттік DAC-ларда, негізінен компоненттердің үйлесімсіздігінен туындап, айқын сызықтық қателер болуы мүмкін, әсіресе MSB өзгерген кезде елеулі қате пайда болады (бұл "нөлдік өту бұрмалануы" деп аталады). Ал 1 биттік DAC-та тек күшейту қатесі болады, себебі оның беру функциясында тек толық масштабтағы оң және теріс эталондық нүктелер бар, ал аралық нүктелер уақыт бойынша орташалау арқылы анықталады. Көп биттік DAC-тар амплитудада жоғары дәлдікке ұмтылса, 1 биттік DAC-тар кварц кристалдарының жоғары уақыттық дәлдігімен үйлесімде цифрлық сүзгілеуді пайдаланып, бұған өтемақы төлейді.
Multi bit DACs may have severe linearity error, mainly due to mismatch in components, with significant error when the MSB changes (called "zero crossing distortion"). But a 1 bit DAC only has a gain error, since its transfer function has only full scale positive and negative reference points, with the intermediate points determined by time averaging. While multi bit DACs try to seek resolution in amplitude, 1 bit DACs instead compensate by taking advantage of digital filtering combined with the high accuracy in time provided by quartz crystals.
Үлгілерді асыра пайдалану
Мысалы, 1991 жылғы Philips SAA7322/3 алдымен 44,1 кГц 16 биттік кіріс аудиосын төмен өткіргішті FIR сүзгісі арқылы 4 есеге үлкейтіп, 176,4 кГц аралық сигналды жасайды. Бұл сигнал тағы да 32 есеге үлкейтіліп, 352 кГц цифрлық қытырлау (dither) сигналы қосылады, содан кейін 2 есеге үлкейтіліп 11,2896 МГц 1 биттік шығыс сигналды құрайды (барлығы 256 есеге үлкейту). 1991 жылғы Philips-тің тағы бір мысалы – SAA7350, ол жалпы 384 есеге үлкейтеді. Оның максималды кіріс жиілігі 53 кГц 20 биттік аудио үшін нәтижесінде 20,35 МГц 1 биттік шығыс сигналды береді.
For example, the 1991 Philips SAA7322/3 first upsamples 44.1 kHz 16 bit input audio by 4x with a low pass FIR filter to produce a 176.4 kHz intermediate signal, which again upsamples 32x more while adding a 352 kHz digital dither signal, and then upsamples 2x more to produce a 11.2896 MHz 1 bit output (a total of 256x oversampling). Another 1991 Philips example, the SAA7350 oversamples a total of 384x, which for its maximum input frequency of 53 kHz 20 bit audio results in a 20.35 MHz 1 bit output.
"Битстрим"
Philips TDA1305 үшін де "Bitstream конвертері" сауда белгісін қолданды, ол 384 есеге үлкейтуге қабілетті конвертер, бірақ соңында 5 биттік DAC арқылы сигнал шығарады. Сондықтан Philips компаниясының "bitstream" термині міндетті түрде 1 биттік шығысқа қатысты емес, төмен биттік DAC-ты пайдаланатын, үлкейтуге негізделген басқа DAC түрлерін де қамтуы мүмкін. "Bitstream" сөзі – бұл 1 биттік DAC-тан өзге, түрлі жағдайларда қолданылатын биттер тізбегін білдіретін, жалпы есептеу термині.
Philips also used the "Bitstream converter" trademark for the TDA1305 which is also an upsampling converter (by 384x), but which ultimately outputs though a 5 bit DAC. So it is not clear that "bitstream" by Philips necessarily refers to a 1 bit output, but could include other DACs that utilize large upsampling into low bit DACs. The word "bitstream" is also a general computing word for a sequence of bits, used in all sorts of contexts other than these 1 bit DACs.