Лічбава-аналагавы пераўтваральнік
Лічбава-аналагавы пераўтваральнік (ЛАП) — прылада для пераўтварэння лічбавага (звычайна двайковага) кода ў аналагавы сігнал (ток, напружанне ці зарад). Лічба-аналагавыя пераўтваральнікі з’яўляюцца інтэрфейсам паміж дыскрэтным лічбавым светам і аналагавымі сігналамі.
Аналага-лічбавы пераўтваральнік (АЛП) здзяйсняе адваротную аперацыю.
Гукавы ЛАП звычайна атрымлівае на ўваход лічбавы сігнал у імпульсна-кодавай мадуляцыі (англ.: PCM, pulse-code modulation). Задача пераўтварэння разнастайных сціснутых фарматаў у PCM выконваецца адпаведнымі кодэкамі.
Ужыванне
ЛАП выкарыстоўваецца заўсёды, калі патрэбна пераўтварыць сігнал з лічбавага ўяўлення ў аналагавае, напрыклад у прайгравальніках кампакт-дыскаў (Audio CD).
Тыпы ЛАП
Найбольш вядомыя тыпы электронных ЛАП:
- Шыротна-імпульсны мадулятар — найпросты тып ЛАП. Стабільная крыніца току ці напружання перыядычна ўключаецца на час, прапарцыйны адпаведнаму лічбаваму коду, далей атрыманая імпульсная паслядоўнасць фільтруецца аналагавым фільтрам ніжніх частот. Такі спосаб часта ўжываецца для кіравання хуткасцю электраматораў, а таксама становіцца папулярным у Hi-Fi-аўдыётэхніцы;
- ЛАП перадыскрэтызацыі, такія як дэльта-сігма-ЛАП, заснаваны на змяняльнай шчыльнасці імпульсаў. Перадыскрэтызацыя дазваляе ўжываць ЛАП з меншай разраднасцю для дасягнення большай разраднасці выніковага пераўтварэння; часта дэльта-сігма ЛАП будуецца на аснове найпростага аднабітнага ЛАП, які з’яўляецца практычна лінейным. На ЛАП малой разраднасці трапляе імпульсны сігнал з мадуляванай шчыльнасцю імпульсаў (са сталай працягласцю імпульса, але са змяняльнай прагальнасцю), якая ствараецца праз адноўную зваротную сувязь. Адмоўная зваротная сувязь выступае ў ролі фільтра верхніх частот для шума квантавання.
Большасць ЛАП вялікай разраднасці (больш за 16 біт) пабудаваны на гэтым прынцыпе з прычыны яго большай лінейнасці і малога кошту. Хуткадзейнасць дэльта-сігма ЛАП дасягае сотні тысяч адлікаў у секунду, разраднасць — да 24 біт. Для генерацыі сігнала з мадуляванай шчыльнасцю імпульсаў можа быть ужыты просты дэльта-сігма мадулятар першага парадку ці вышэйшага парадку як MASH (англ.: Multi stage noise SHaping). З павелічэннем частаты перадыскрэтызацыі змякчаюцца патрабаванні, якія прад’яўляюцца да выходнага фільтра нізкіх частот і паляпшаецца падаўленне шума квантавання;
- ЛАП узважанага тыпу, у якім кожнаму біту пераўтваральнага двайковага коду адпавядае крыніца тока ці рэзістар, далучаны на агульны пункт сумавання. Моц току крыніцы (праводнасць рэзістара) прапарцыйная вазе біта, якому яна адпавядае. Такім чынам, усе ненулявыя біты коду сумуюцца з вагой. Узважаны метад адзін з самых хуткіх, але яму ўласцівая малая дакладнасць з-за патрэбы наяўнасці набору мноства розных прэцызійных крыніц ці рэзістараў і нясталага імпедансу. З гэтай прычыны узважныя ЛАП маюць разраднасць не болей за восем біт;
- ЛАП лесвічнага тыпу (ланцуговая R-2R-схема). У R-2R-ЛАП значэнні ствараюцца ў спецыяльнай схеме, якая складаецца з рэзістараў з супраціўленнямі R і 2R, так званай матрыцай сталага імпедансу, якая мае два тыпа ўключэння: прамое — матрыца токаў і інверснае — матрыца напружанняў. Выкарыстанне аднолькавых рэзістараў дазваляе істотна палепшыць дакладнасць у параўнанні са звычайным узважаным ЛАП, бо адносна проста стварыць набор прэцызійных элементаў з аднолькавымі параметрамі. ЛАП тыпу R-2R дазваляе адцягнуць абмежаванне па разраднасці. З лазернай падгонкай рэзістараў на адной падложцы дасягаецца дакладнасць 20-22 біты. Асноўны час пераўтварання марнуецца аперацыйным узмацняльнікам, таму ён павінен мець максімальную хуткадзейнасць. Хуткадзейнаць ЛАП адзінкі мікрасекунд і менш (нанасекунды);
Характарыстыкі
ЛАП знахоздяцца у пачатку аналагавага тракта любой сістэмы, таму параметры ЛАП істотна вызначаюць параметры ўсёй сістэмы агулам. Далей пералічаны наибольш важныя характарыстыкі ЛАП.
- Разраднасць — колькасць розных узроўняў выходнага сігналу, якія ЦАП может стварыць. Звычайна задаецца ў бітах; колькасць біт ёсйь лагарыфм па аснове 2 ад колькасці ўзроўняў. Напрыклад, аднабітны ЛАП здольны стварыць два (
2
1
{\displaystyle 2^{1}}
2
8
{\displaystyle 2^{8}}
- Максімальная частата дыскрэтызацыі — максімальная частата, на якой ЛАП можа працаваць, даючы на выхад карэктны вынік. У адпаведнасці з тэарэмай Найквіста — Шэнана (вядомай таксама як тэарэма Кацельнікава), для карэктнага аднаўлення аналагавага сігнала з лічбавай формы патрэбна каб частата дыскрэтызацыі была не менш чым падвоеная максімальная частата ў спектры сігналу. Напрыклад, для прайгравання ўсяго чутнага чалавекас гукавага дыяпазону частот, спектр якоя прасціраецца да 20 кГц, патрэбна каб гукавы сігнал быў дыскрэтызаваны з частатой не менш за 40 кГц. Стандарт Audio CD вызначае частату дыскрэтызацыі гукавага сігналу 44,1 кГц; для прайгравання гэтага сігналу спатрэбіцца ЛАП, здольны працаваць на гэтай частаце. У танных камп’ютарных гукавых картках частота дыскрэтызацыі складае 48 кГц. Сігналы, дыскрэтызаваныя на іншых частотах, зазнаюць перадыскрэтызацыю да 48 кГц, што часткова пагаршае якасць сігналу.
- Манатоннасць — уласціваць ЛАП павялічваць аналагавы ўваходны сігнал з павелічэннем уваходнага коду.
- THD+N (сумарныя гарманічныя скаженні + шум) — мера скажэнняў і шуму, якія ўносіць у сігнал ЛАП. Выяўляе ў працэнтах магутнасці гармонік і шуму ў выходным сігнале. Важны параметр пры маласігнальных ужываннях ЛАП.
- Дынамічны дыяпазон — суадносіны найбольшага і найменшага сігналаў, якія можа прайграць ЛАП, выяўляецца ў дэцыбелах. Дадзены параметр звязаны з разраднасцю і шумавым парогам.
- Статычныя характарыстыкі:
- DNL (дыферэнцыйная нелінейнасць) — характеризует, як узмацненне аналагавага сігнала, атрыманае узмацненнем коду на 1 малодшы значны разрад (МЗР), адрозніваецца ад правільнага значэння;
- INL (інтэгральная нелінейнасць) — харатэрызуе, як перадатачная характарыстыка ЛАП адрозніваецца ад ідэальнай. Ідэальная характэрыстыка строга лінейная; INL паказвае, на колькі напружанне на выхадзе ЛАП на пэўным кодзе адрозніваецца ад лінейнай характарыстыкі;
- узмацненне;
- зрушанне.
- Частотныя характарыстыкі:
- SNDR (суадносіны сігнал/шум+скажэнні) — характэрызуе ў дэцыбелах суадносіны магутнасці выходнага сігнала да сумарнай магутнасці шуму і гарманічных скажэнняў;
- HDi (каэфіцыент i-й гармонікі) — характэрызуе суадносіны i-й гармонікі да асноўнай гармонікі;
- THD (кээфіцыент гарманічных скажэнняў) — суадносіны сумарнай магутнасці ўсіх гармонік (акрамя першай) да магутнасці першай гармонікі.
Гл. таксама
Літаратура
- Жан М. Рабаэй, Ананта Чандракасан, Барывож Ніколіч. Лічбавыя інтэгральныя схемы. Метадалогія праектавання. — 2-е выданне. — 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.
Спасылкі
- Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), теория и принципы работы на сайте Рынок микроэлектроники
- Цифро-аналоговые преобразователи для задач цифровой обработки сигналов
- INL/DNL Measurements for High-Speed ADCs Архівавана 22 красавіка 2009. тлумачыць, як вылічаюцца INL і DNL
- Параллельные ЦАП Архівавана 26 красавіка 2012.
- R-2R Ladder DAC explained
 | Для паляпшэння артыкула пажадана: |
Катэгорыя·Імпульсная тэхніка
Катэгорыя·Пераўтваральнікі
Катэгорыя·Камп’ютарнае апаратнае забеспячэнне
Катэгорыя·Вікіпедыя·Артыкулы без зносак
Катэгорыя·Спалучэнне лічбавых і аналагавых сістэм