Цифро-аналоговый преобразователь


Цифро-аналоговый преобразователь
Сигнал с ЦАП без интерполяции на фоне идеального сигнала.
8-канальный ЦАП Cirrus Logic CS4382 на звуковой плате Sound Blaster X-Fi Fatal1ty

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд). Цифро-аналоговые преобразователи являются интерфейсом между дискретным цифровым миром и аналоговыми сигналами.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) производит обратную операцию.

Звуковой ЦАП обычно получает на вход цифровой сигнал в импульсно-кодовой модуляции (англ. PCM, pulse-code modulation). Задача преобразования различных сжатых форматов в PCM выполняется соответствующими кодеками.

Содержание

Применение

ЦАП применяется всегда, когда надо преобразовать сигнал из цифрового представления в аналоговое, например, в проигрывателях компакт-дисков (Audio CD).

Типы ЦАП

Наиболее общие типы электронных ЦАП:

  • Широтно-импульсный модулятор — простейший тип ЦАП. Стабильный источник тока или напряжения периодически включается на время, пропорциональное преобразуемому цифровому коду, далее полученная импульсная последовательность фильтруется аналоговым фильтром нижних частот. Такой способ часто используется для управления скоростью электромоторов, а также становится популярным в Hi-Fi-аудиотехнике;
  • ЦАП передискретизации, такие как дельта-сигма-ЦАП, основаны на изменяемой плотности импульсов. Передискретизация позволяет использовать ЦАП с меньшей разрядностью для достижения большей разрядности итогового преобразования; часто дельта-сигма ЦАП строится на основе простейшего однобитного ЦАП, который является практически линейным. На ЦАП малой разрядности поступает импульсный сигнал с модулированной плотностью импульсов (c постоянной длительностью импульса, но с изменяемой скважностью), создаваемый с использованием отрицательной обратной связи. Отрицательная обратная связь выступает в роли фильтра верхних частот для шума квантования.
Большинство ЦАП большой разрядности (более 16 бит) построены на этом принципе вследствие его высокой линейности и низкой стоимости. Быстродействие дельта-сигма ЦАП достигает сотни тысяч отсчетов в секунду, разрядность — до 24 бит. Для генерации сигнала с модулированной плотностью импульсов может быть использован простой дельта-сигма модулятор первого порядка или более высокого порядка как MASH (англ. Multi stage noise SHaping). С увеличением частоты передискретизации смягчаются требования, предъявляемые к выходному фильтру низких частот и улучшается подавление шума квантования;
  • ЦАП взвешивающего типа, в котором каждому биту преобразуемого двоичного кода соответствует резистор или источник тока, подключенный на общую точку суммирования. Сила тока источника (проводимость резистора) пропорциональна весу бита, которому он соответствует. Таким образом, все ненулевые биты кода суммируются с весом. Взвешивающий метод один из самых быстрых, но ему свойственна низкая точность из-за необходимости наличия набора множества различных прецизионных источников или резисторов и непостоянного импеданса. По этой причине взвешивающие ЦАП имеют разрядность не более восьми бит;
  • ЦАП лестничного типа (цепная R-2R-схема). В R-2R-ЦАП значения создаются в специальной схеме, состоящей из резисторов с сопротивлениями R и 2R, называемой матрицей постоянного импеданса, которая имеет два вида включения: прямое — матрица токов и инверсное — матрица напряжений. Применение одинаковых резисторов позволяет существенно улучшить точность по сравнению с обычным взвешивающим ЦАП, так как сравнительно просто изготовить набор прецизионных элементов с одинаковыми параметрами. ЦАП типа R-2R позволяют отодвинуть ограничения по разрядности. С лазерной подгонкой резисторов на одной подложке достигается точность 20-22 бита. Основное время на преобразование тратится в операционном усилителе, поэтому он должен иметь максимальное быстродействие. Быстродействие ЦАП единицы микросекунд и ниже (то есть наносекунды);

Характеристики

ЦАП находятся в начале аналогового тракта любой системы, поэтому параметры ЦАП во многом определяют параметры всей системы в целом. Далее перечислены наиболее важные характеристики ЦАП.

  • Разрядность — количество различных уровней выходного сигнала, которые ЦАП может воспроизвести. Обычно задается в битах; количество бит есть логарифм по основанию 2 от количества уровней. Например, однобитный ЦАП способен воспроизвести два (2^1) уровня, а восьмибитный — 256 (2^8) уровней. Разрядность тесно связана с эффективной разрядностью (англ. ENOB, Effective Number of Bits), которая показывает реальное разрешение, достижимое на данном ЦАП.
  • Максимальная частота дискретизации — максимальная частота, на которой ЦАП может работать, выдавая на выходе корректный результат. В соответствии с теоремой Найквиста — Шеннона (известной также как теорема Котельникова), для корректного воспроизведения аналогового сигнала из цифровой формы необходимо, чтобы частота дискретизации была не менее, чем удвоенная максимальная частота в спектре сигнала. Например, для воспроизведения всего слышимого человеком звукового диапазона частот, спектр которого простирается до 20 кГц, необходимо, чтобы звуковой сигнал был дискретизован с частотой не менее 40 кГц. Стандарт Audio CD устанавливает частоту дискретизации звукового сигнала 44,1 кГц; для воспроизведения данного сигнала понадобится ЦАП, способный работать на этой частоте. В дешевых компьютерных звуковых картах частота дискретизации составляет 48 кГц. Сигналы, дискретизованные на других частотах, подвергаются передискретизации до 48 кГц, что частично ухудшает качество сигнала.
  • Монотонность — свойство ЦАП увеличивать аналоговый выходной сигнал при увеличении входного кода.
  • THD+N (суммарные гармонические искажения + шум) — мера искажений и шума вносимых в сигнал ЦАПом. Выражается в процентах мощности гармоник и шума в выходном сигнале. Важный параметр при малосигнальных применениях ЦАП.
  • Динамический диапазон — соотношение наибольшего и наименьшего сигналов, которые может воспроизвести ЦАП, выражается в децибелах. Данный параметр связан с разрядностью и шумовым порогом.
  • Статические характеристики:
    • DNL (дифференциальная нелинейность) — характеризует, насколько приращение аналогового сигнала, полученное при увеличении кода на 1 младший значащий разряд (МЗР), отличается от правильного значения;
    • INL (интегральная нелинейность) — характеризует, насколько передаточная характеристика ЦАП отличается от идеальной. Идеальная характеристика строго линейна; INL показывает, насколько напряжение на выходе ЦАП при заданном коде отстоит от линейной характеристики; выражается в МЗР;
    • усиление;
    • смещение.
  • Частотные характеристики:
    • SNDR (отношение сигнал/шум+искажения) — характеризует в децибелах отношение мощности выходного сигнала к суммарной мощности шума и гармонических искажений;
    • HDi (коэффициент i-й гармоники) — характеризует отношение i-й гармоники к основной гармонике;
    • THD (коэффициент гармонических искажений) — отношение суммарной мощности всех гармоник (кроме первой) к мощности первой гармоники.

См. также

Литература

  • Жан М. Рабаи, Ананта Чандракасан, Боривож Николич. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования = Digital Integrated Circuits. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — 912 с. — ISBN 0-13-090996-3
  • Mingliang Liu. Demystifying Switched-Capacitor Circuits. ISBN 0-75-067907-7.
  • Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg. CMOS Analog Circuit Design. ISBN 0-19-511644-5.

Ссылки



Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Цифро-аналоговый преобразователь" в других словарях:

  • Цифро-аналоговый преобразователь — По ГОСТ 18421 Источник: ГОСТ 29192 91: Совместимость технических средств электромагнитная. Классификация технических средств …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • цифро-аналоговый преобразователь — цифро аналоговый преобразователь; отрасл. преобразователь код напряжение; преобразователь код аналог Устройство, с помощью которого осуществляется преобразование цифрового кода в аналоговую величину …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • цифро-аналоговый преобразователь — ЦАП Функциональный элемент, осуществляющий преобразование цифровой величины в аналоговую переменную. [ГОСТ 18421 93] Тематики аналоговая и аналого цифровая выч.техн. Синонимы ЦАП EN digital to analog converter FR convertisseur numérique… …   Справочник технического переводчика

  • цифро-аналоговый преобразователь — analoginis skaitmenų keitiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Keitiklis, keičiantis skaitmenų kodą analoginiu signalu. atitikmenys: angl. digital analogue converter vok. Digital Analog Konverter, m; Digital Analog… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • цифро-аналоговый преобразователь — analoginis skaitmenų keitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. digital analogue converter vok. Digital Analog Konverter, m; Digital Analog Umsetzer, m; Digital Analog Wandler, m rus. цифро аналоговый преобразователь, m pranc.… …   Fizikos terminų žodynas

  • цифро-аналоговый преобразователь — (ЦАП), устройство для автоматического преобразования дискретных сигналов, представленных цифровым кодом, в эквивалентные им аналоговые (непрерывные во времени) сигналы. Коды обычно представляются в двоичной, десятеричной или иной системе… …   Энциклопедия техники

  • ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ — (ЦАП) устройство для автоматич. преобразования дискретных сигналов, представленных цифровым кодом, в эквивалентные им аналоговые (непрерывные во времени) сигналы (угловое перемещение, электрич. напряжение или сила тока, частота колебаний и др.).… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • Цифро-аналоговый преобразователь — устройство или программа, преобразующие цифровую информацию в аналоговую; применяют, например, при записи изображения с экрана компьютера на фотоматериал световым пером …   Краткий толковый словарь по полиграфии

  • цифро-аналоговый преобразователь времени — преобразователь код время — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы преобразователь код время EN number to time converter …   Справочник технического переводчика

  • цифро-аналоговый преобразователь частоты — преобразователь кода в частоту — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы преобразователь кода в частоту EN number to frequency converter …   Справочник технического переводчика

Книги

Другие книги по запросу «Цифро-аналоговый преобразователь» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.