TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ BÁO CÁO MÔN HỌC ANH VĂN KỸ THUẬT GVHD TS Trương Cô ng Tiễ�n HỌ VÀ TÊN Nguyễ�n Vă�n Dư MSSV 18153013 Lớp DH18CD h Chuyển Đổi Công Nghệ Kỹ Thuật[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TPHCM KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ BÁO CÁO MÔN HỌC ANH VĂN KỸ THUẬT GVHD: TS Trương Cô ng Tiễn HỌ VÀ TÊN: Nguyễn Vă n Dư MSSV: 18153013 Lớp:DH18CD h Chuyển Đổi Công Nghệ Kỹ Thuật Số Trong lĩnh vự c điện tử , chuyển đổ i tín hiệu số sang analog (DAC,D/A,D2A, hoặ c D-to-A) mộ t hệ thố ng chuyển đổ i tín hiệu kỹ thuậ t số nh tín hiệu analog. Mộ t bộ chuyển đổ i tương tự từ analog-kỹ thuậ t số (ADC) thự c c nă ng ngượ c lạ i Mộ t i kết cấ u DAC; phù hợ p củ a DAC vớ i mộ t số ứ ng dụ ng cụ thể đượ c xác định bằ ng cá c số liệu đá ng giá : độ phâ n giả i, tầ n số lấ y mẫ u tố i đa cá c số liệu c Chuyền đổ i tín hiệu số sang analog m giả m tín hiệu, vậ y cầ n sử dụ ng DAC để ứ ng dụ ng có sai số khơ ng đá ng kể DAC thườ ng đượ c sử dụ ng má y nghe nhạ c để chuyển đổ i liệu kỹ thuậ t số nh tín hiệu â m tương tự Chú ng cò n đượ c sử dụ ng tivi điện thoạ i di độ ng liệu video kỹ thuậ t số sang tín hiệu video tương tự Hai ứ ng dụ ng nà y sử dụ ng DAC hai đầ u đố i diện củ a câ n bằ ng tầ n số / độ phâ n giả i DAC â m loạ i tầ n số thấ p, độ phâ n giả i cao DAC video loạ i tầ n số cao có độ phâ n giả i từ thấ p đến trung bình DAC khơ ng liền (mạ ch đượ c xâ y dự ng từ nhiều thà nh phầ n điện tử rờ i rạ c thay mộ t vi mạ ch ng gó i) thườ ng loạ i tiêu tố n nă ng lượ ng tố c độ cao, độ phâ n giả i thấ p, đượ c sử dụ ng các hệ thố ng radar quâ n . Thiết bị kiểm tra tố c độ rấ t cao, đặ c biệt má y só ng lấ y mẫ u , cũ ng sử dụ ng DAC rờ i Tổng Quát DAC chuyển đổ i mộ t số xá c hữ u hạ n khó hiểu (thườ ng số nhị phâ n điểm cố định) nh mộ t đạ i lượ ng vậ t lý (ví dụ : điện p hoặ c á p suấ t ). Đặ c biệt, DAC thườ ng đượ c sử dụ ng để chuyển đổ i dữ liệu chuỗ i thờ i gian có độ xá c hữ u hạ n sang tín hiệu vậ t lý thay đổ i liên tụ c Theo định lý lấ y mẫ u Nyquist – Shannon , DAC tá i tạ o lạ i tín hiệu ban đầ u từ liệu đượ c lấ y mẫ u miễn bă ng thơ ng củ a đá p ứ ng cá c yêu cầ u nhấ t định (ví dụ : tín hiệu bă ng tầ n sở có bă ng thơ ng nhỏ hơn tầ n số Nyquist). Lấ y mẫ u kỹ thuậ t số giớ i thiệu lỗ i lượ ng tử hó a (lỗ i là m trị n) biểu dướ i ng nhiễu mứ c thấ p tín hiệu đượ c tá i tạ o h Các Ứng Dụng DAC ADC mộ t phầ n củ a cô ng nghệ hỗ trợ ng gó p rấ t nhiều o cuộ c cá ch mạ ng kỹ thuậ t số Để minh họ a, hã y xem xét mộ t cuộ c điện thoạ i đườ ng dà i điển hình Giọ ng i củ a ngườ i gọ i đượ c chuyển đổ i nh tín hiệu điện tương tự bằ ng micrơ , sau tín hiệu analog đượ c chuyển đổ i nh luồ ng kỹ thuậ t số bở i ADC Luồ ng kỹ thuậ t số sau đượ c chia nh cá c gó i mạ ng nơi đượ c gử i cù ng vớ i dữ liệu kỹ thuậ t số khá c, khô ng nhấ t thiết â m thanh. Sau , cá c gó i đượ c nhậ n tạ i điểm đích, mỗ i gó i theo mộ t lộ trình hồ n tồ n c thậ m chí khơ ng đến đích theo đú ng thứ tự thờ i gian. Dữ liệu thoạ i kỹ thuậ t số sau đượ c trích xuấ t từ cá c gó i tậ p hợ p nh mộ t luồ ng liệu kỹ thuậ t số DAC chuyển đổ i tín hiệu nà y trở lạ i nh tín hiệu điện analog, điều khiển bộ khuếch đạ i â m thanh , từ điều khiển loa , cuố i cù ng tạ o â m Âm Thanh Hầ u hết cá c tín hiệu â m đạ i đượ c lưu trữ dướ i ng kỹ thuậ t số (ví dụ như MP3 và CD ) để nghe đượ c qua loa, ng phả i đượ c chuyển đổ i nh tín hiệu analog. Do , DAC đượ c tìm thấ y trong cá c đầ u đĩa CD , má y nghe nhạ c kỹ thuậ t số và mạ ch â m thanh PC Cá c DAC độ c lậ p chuyên dụ ng cũ ng đượ c tìm thấ y trong cá c hệ thố ng â m có độ trung thự c cao. Chú ng thườ ng lấ y đầ u kỹ thuậ t số củ a đầ u đĩa CD tương thích hoặ c thiết bị truyền tả i chuyên dụ ng (về bả n đầ u đĩa CD khô ng có DAC bên trong) chuyển đổ i tín hiệu nh đầ u ra mứ c dò ng tương tự (analog) , sau đượ c đưa o bộ khuếch đạ i để điều khiển loa Bộ chuyển đổ i kỹ thuậ t số sang analog đượ c tìm thấ y trong cá c loa kỹ thuậ t số như loa USB và trong mạ ch â m thanh Trong cá c ứ ng dụ ng truyền â m qua giao thứ c IP , nguồ n trướ c tiên phả i đượ c số hó a để truyền, , trả i qua trình chuyển đổ i qua ADC sau đượ c tá i tạ o nh tương tự bằ ng cá ch sử dụ ng DAC đầ u bên nhậ n h Video Video lấ y mẫ u có xu hướ ng hoạ t độ ng mộ t quy mơ hồ n tồ n c nhờ phả n ứ ng phi tuyến tính cao củ a ố ng tia â m cự c (mà phầ n lớ n cô ng việc tả ng video kỹ thuậ t số đượ c nhắ m mụ c tiêu) mắ t ngườ i, sử dụ ng "đườ ng cong gamma" để cung cấ p xuấ t cá c bướ c độ sá ng đượ c phâ n bố đồ ng n dả i độ ng củ a mà n hình - cầ n sử dụ ng RAMDACs cá c ứ ng dụ ng video má y tính vớ i độ phâ n giả i mà u đủ sẫ m để tạ o mộ t giá trị đượ c mã hó a ng o DAC cho mỗ i mứ c đầ u củ a mỗ i kênh khơ ng thự c tế (ví dụ : Atari ST hoặ c Sega Genesis yêu cầ u 24 giá trị vậ y; thẻ video 24 bit cầ n 768 ) Vớ i biến ng vố n có nà y, khơ ng có lạ mộ t TV hoặ c má y chiếu video tuyên bố trung thự c tỷ lệ tương phả n tuyến tính (chênh lệch giữ a mứ c đầ u tố i nhấ t sá ng nhấ t) 1000: hoặ c lớ n hơn, tương đương vớ i 10 bit độ xác củ a â m mặ c dù chấ p nhậ n tín hiệu vớ i độ xác 8-bit sử dụ ng bả ng điều khiển LCD biểu thị hoặ c bit mỗ i kênh Tín hiệu video từ nguồ n kỹ thuậ t số , chẳ ng hạ n má y tính, phả i đượ c chuyển đổ i sang ng analog ng đượ c hiển thị mà n hình analog Kể từ nă m 2007, đầ u o analog đượ c sử dụ ng phổ biến so vớ i kỹ thuậ t số , điều nà y thay đổ i khi mà n hình phẳ ng vớ i kết nố i DVI và/hoặ c HDMI trở nên phổ biến Tuy nhiên, DAC video đượ c tích hợ p bấ t kỳ trình phá t video kỹ thuậ t số nà o có đầ u analog DAC thườ ng đượ c tích hợ p vớ i mộ t số bộ nhớ ( RAM ), a cá c bả ng chuyển đổ i để hiệu chỉnh gamma , độ tương phả n độ sá ng, để tạ o nh mộ t thiết bị gọ i RAMDAC Mộ t thiết bị có liên quan xa vớ i DAC chiết p điều khiển kỹ thuậ t số , đượ c sử dụ ng để điều khiển tín hiệu analog bằ ng kỹ thuậ t số Cơ Khí Bộ truyền độ ng họ c mộ t bit giả định hai vị trí: mộ t bậ t, mộ t tắ t. Chuyển độ ng củ a mộ t số truyền độ ng mộ t bit đượ c kết hợ p câ n bằ ng vớ i mộ t cơ chế whiffletree (cơ chế phâ n phố i lự c đồ ng thô ng qua cá c liên kết) để tạ o cá c bướ c tố t hơn. Má y đá nh chữ IBM Selectric (là mộ t dò ng má y đá nh chữ chạ y điện) sử dụ ng mộ t hệ thố ng vậ y. [1] Thông Tin Liên Lạc DAC đượ c sử dụ ng rộ ng rã i cá c hệ thố ng truyền thô ng đạ i cho phép tạ o cá c tín hiệu truyền dẫ n đượ c xá c định bằ ng kỹ thuậ t số DAC tố c độ cao đượ c sử dụ ng cho truyền thô ng di độ ng và DAC tố c độ cự c cao đượ c sử dụ ng trong hệ thố ng truyền thô ng quang họ c h h Phân Loại Cá c loạ i DAC điện tử phổ biến nhấ t : [2] Bộ điều chế độ rộ ng xung trong dị ng điện hoặ c điện p ổ n định đượ c chuyển nh bộ lọ c tầ n số cao analog vớ i khoả ng thờ i gian đượ c xác định bở i mã đầ u o kỹ thuậ t số Kỹ thuậ t nà y thườ ng đượ c sử dụ ng để điều khiển tố c độ độ ng điện và m mờ đèn LED Lấ u mẫ u mứ c DACs hoặ c nộ i suy DACs giố ng việc sử dụ ng điều chế delta-sigma (là mộ t phương phá p để mã hó a tín hiệu analog nh tín hiệu kỹ thuậ t số ), sử dụ ng mộ t kỹ thuậ t chuyển đổ i mậ t độ xung vớ i oversampling Tố c độ 100 nghìn mẫ u mỗ i giâ y (ví dụ : 192 kHz) độ phâ n giả i 24 bit đạ t đượ c vớ i DAC delta-sigma DAC trọ ng số nhị phâ n, a cá c nh phầ n điện riêng lẻ cho từ ng bit củ a DAC đượ c kết nố i vớ i mộ t điểm tổ ng, thườ ng mộ t bộ khuếch đạ i hoạ t độ ng Mỗ i đầ u o tổ ng có giá trị lũ y thừ a củ a hai vớ i hầ u hết dò ng điện hoặ c điện p bit quan trọ ng nhấ t (bit bậ c cao) Cá c điện p hoặ c dị ng điện xá c nà y tổ ng hợ p nh giá trị đầ u xá c Đâ y mộ t nhữ ng phương phá p chuyển đổ i nhanh nhấ t có độ xá c độ xá c cao cầ n thiết cho từ ng điện p hoặ c dò ng điện riêng lẻ. [3] Loạ i chuyển đổ i nà y thườ ng bị giớ i hạ n độ phâ n giả i 8-bit trở xuố ng Điện trở chuyển mạ ch DAC a mộ t mạ ng điện trở song song. Cá c điện trở riêng lẻ đượ c kích hoạ t hoặ c bỏ qua mạ ng dự a đầ u o kỹ thuậ t số DAC nguồ n dò ng đượ c chuyển mạ ch , từ cá c nguồ n dị ng c đượ c chọ n dự a đầ u o kỹ thuậ t số Tụ điện chuyển mạ ch DAC a mộ t mạ ng tụ điện song song. Cá c tụ điện riêng lẻ đượ c kết nố i hoặ c ngắ t kết nố i bằ ng cá c cô ng tắ c dự a đầ u o Cá c R-2R ladder (thang điện trở R-2R) DAC mộ t DAC nhị phâ n-trọ ng mà sử dụ ng mộ t cấ u trú c cascaded lặ p lặ p lạ i củ a điện trở giá trị R 2R. Điều nà y i thiện độ xá c việc tạ o cá c điện trở có giá trị tương đố i dễ dà ng Giá trị liên tiếp hoặ c DAC tuầ n hoà n, [4] liên tiếp tạ o đầ u mỗ i chu kỳ. Cá c bit riêng lẻ củ a đầ u o kỹ thuậ t số đượ c xử lý mỗ i chu kỳ n đầ u o đượ c tính Cá c mã hó a đơn nguyên DAC, có mộ t điện trở hoặ c nguồ n dò ng cho mỗ i giá trị bằ ng có củ a DAC đầ u ra. Mộ t DAC nhiệt kế bit có 255 phâ n đoạ n mộ t DAC nhiệt kế 16 bit có 65.535 phâ n đoạ n. Đâ y mơ hình DAC nhanh có độ xá c cao nhấ t đò i hỏ i nhiều nh phầ n, để triển khai thự c tế, việc chế tạ o đị i hỏ i các quy trình vi mạ ch mậ t độ cao . [5] Bộ DAC kết hợ p, sử dụ ng kết hợ p kỹ thuậ t mộ t chuyển đổ i nhấ t. Hầ u hết cá c mạ ch tích hợ p DAC thuộ c loạ i nà y khó khă n có đượ c chi phí thấ p, tố c độ cao độ xá c cao mộ t thiết bị h h DAC phâ n đoạ n, kết hợ p nguyên tắ c đượ c mã hó a đơn nguyên cho cá c bit quan trọ ng nhấ t nguyên tắ c trọ ng số nhị phâ n cho cá c bit quan trọ ng nhấ t. Bằ ng cá ch nà y, thỏ a hiệp đạ t đượ c giữ a độ xá c (bằ ng cá ch sử dụ ng nguyên lý đượ c mã hó a đơn nguyên) số lượ ng điện trở hoặ c nguồ n dò ng điện (bằ ng cá ch sử dụ ng nguyên tắ c trọ ng số nhị phâ n). Thiết kế có trọ ng số nhị phâ n đầ y đủ có nghĩa phâ n đoạ n 0%, thiết kế đượ c mã hó a bằ ng nhiệt kế đầ y đủ có nghĩa phâ n đoạ n 100% Hầ u hết cá c DAC hiển thị danh sá ch nà y dự a o điện p hoặ c dị ng điện tham chiếu khơ ng đổ i để tạ o giá trị đầ u củ a ng. Ngoà i ra, mộ t DAC nhâ n [6] lấ y điện p hoặ c dò ng điện đầ u o thay đổ i m tham chiếu chuyển đổ i. Điều nà y đặ t cá c rà ng buộ c thiết kế bổ sung bă ng thô ng củ a mạ ch chuyển đổ i Cá c DAC tố c độ cao đạ i có kiến trú c xen kẽ, nhiều lõ i DAC đượ c sử dụ ng song song. Tín hiệu đầ u củ a ng đượ c kết hợ p miền tương tự để nâ ng cao hiệu suấ t củ a DAC kết hợ p. [7] Sự kết hợ p củ a cá c tín hiệu đượ c thự c miền thờ i gian hoặ c miền tầ n số Nhiệm Vụ Độ phâ n giả i Số lượ ng mứ c đầ u mà DAC đượ c thiết kế để tá i tạ o Điều nà y thườ ng đượ c nêu dướ i ng số bit mà sử dụ ng, lơ garit nhị phâ n củ a số mứ c Ví dụ , DAC bit đượ c thiết kế để tá i tạ o (2 1 ) mứ c DAC bit đượ c thiết kế cho 256 (2 8 ) mứ c Độ phâ n giả i liên quan đến số lượ ng bit hiệu dụ ng , phép đo độ phâ n giả i thự c tế mà DAC đạ t đượ c Độ phâ n giả i xá c định độ sẫ m mà u trong ứ ng dụ ng video độ thấ p bit â m cá c ứ ng dụ ng â m Tỷ lệ lấ y mẫ u tố i đa Tố c độ tố i đa mà mạ ch DAC hoạ t độ ng mà vẫ n tạ o đầ u xá c. Cá c định lý lấy mẫ u Nyquist-Shannon định nghĩa mộ t mố i quan hệ giữ a điều nà y bă ng thơ ng củ a tín hiệu đượ c lấ y mẫ u Tính đơn điệu Khả nă ng củ a đầ u tương tự củ a DAC di chuyển theo hướ ng mà đầ u o kỹ thuậ t số di chuyển (nghĩa , đầ u o tă ng, đầ u khô ng giả m trướ c xá c nhậ n đầ u xá c.) Đặ c điểm nà y rấ t quan trọ ng đố i vớ i DAC đượ c sử dụ ng mộ t mứ c thấ p -nguồ n tín hiệu tầ n số hoặ c mộ t phầ n tử cắ t lậ p trình kỹ thuậ t số h Tổ ng biến thể só ng hà i nhiễu (THD + N) Phép đo độ biến thể tiếng n DAC đưa o tín hiệu. Nó đượ c biểu thị bằ ng phầ n tră m tổ ng cô ng suấ t củ a biến thể só ng hà i khơ ng mong muố n và nhiễu kèm vớ i tín hiệu mong muố n Phạ m vi độ ng Phép đo c biệt giữ a tín hiệu lớ n nhấ t nhỏ nhấ t mà DAC tá i tạ o đượ c biểu thị đề-xi-ben . Điều nà y thườ ng liên quan đến độ phâ n giả i tầ ng nhiễu Cá c phép đo c, chẳ ng hạ n như độ biến ng pha và tượ ng chậ p chờ n , cũ ng rấ t quan trọ ng đố i vớ i mộ t số ứ ng dụ ng, mộ t số số (ví dụ truyền liệu khơ ng dâ y, video tổ ng hợ p) thậ m chí dự a và o việc tạ o xá c tín hiệu đượ c điều chỉnh theo pha Cá c mã hó a PCM phi tuyến tính (A-law / μ-law, ADPCM, NICAM) cố gắ ng i thiện phạ m vi độ ng hiệu củ a ng bằ ng cá ch sử dụ ng kích thướ c bướ c logarit giữ a cá c cườ ng độ tín hiệu đầ u đượ c đạ i diện bở i mỗ i bit liệu. Điều nà y giú p loạ i bỏ biến ng lượ ng tử hó a lớ n củ a tín hiệu lớ n để có hiệu suấ t tố t củ a tín hiệu yên tĩnh Thành Quả Hiệu suấ t tĩnh: Độ phi tuyến tính c biệt (DNL) cho biết hai giá trị tương tự mã liền kề lệch so vớ i bướ c LSB lý tưở ng. [số 8] Tính phi tuyến tích phâ n (INL) cho biết đặ c tính truyền DAC lệch so vớ i đặ c tính lý tưở ng. Đó , đặ c tính lý tưở ng thườ ng mộ t đườ ng thẳ ng; INL cho biết điện p thự c tế tạ i mộ t giá trị mã nhấ t định c vớ i dị ng bao nhiêu, LSB (1 LSB bướ c). [số 8] Gặ p lỗ i [8] Lỗ i bù trừ [8] Tiếng n cuố i cù ng đượ c hạ n chế bở i tiếng n nhiệt đượ c tạ o bở i cá c nh phầ n thụ độ ng điện trở Đố i vớ i cá c ứ ng dụ ng â m nhiệt độ phò ng, tiếng n vậ y thườ ng nhỏ 1 μV (microvolt) củ a tiếng n trắ ng . Điều nà y giớ i hạ n hiệu suấ t dướ i 20 ~ 21 bit DAC 24 bit. Hiệu suấ t miền tầ n số Dả i độ ng khơ ng có tạ p â m (SFDR) cho biết tỷ lệ giữ a cô ng suấ t củ a tín hiệu đượ c chuyển đổ i mứ c kích thích khơ ng mong muố n lớ n nhấ t tính bằ ng dB. [số 8] Tín hiệu nhiễu độ méo ( SINAD ) cho biết tỷ lệ giữ a cô ng suấ t củ a tín hiệu đượ c chuyển đổ i tổ ng củ a nhiễu cá c nhá nh hà i đượ c tạ o bằ ng dB [8] h Độ biến thể só ng hà i thứ i (HDi) cho biết cô ng suấ t củ a só ng hà i thứ i củ a tín hiệu đượ c chuyển đổ i Tổ ng biến thể só ng hà i (THD) tổ ng lũ y thừ a củ a tấ t cá c hà i củ a tín hiệu đầ u o [8] Nếu DNL tố i đa nhỏ LSB, chuyển đổ i D / A đượ c đả m bả o đơn â m. Tuy nhiên, nhiều chuyển đổ i đơn điệu có DNL tố i đa lớ n LSB. [số 8] Hiệu suấ t miền thờ i gian: Khu vự c xung độ t ngộ t (nă ng lượ ng trụ c trặ c) [8] Xem Thêm Giao diện I²S – Serial cho â m kỹ thuậ t số Tham Khảo Brian Brumfield (2014-09-02). "Selectric Repair 10-3A Input: Keyboard" – via YouTube ^ "Data Converter Architectures" (PDF). Analog-Digital Conversion. Analog Devices. Archived (PDF) from the original on 2017-08-30 Retrieved 2017-0830 ^ "Binary Weighted Resistor DAC". Electronics Tutorial Retrieved 2018-0925 ^ "Data Converter Architectures", p. 3.29 ^ Walt Kester, Basic DAC Architectures I: String DACs and Thermometer (Fully Decoded) DACs (PDF), Analog Devices ^ "Multiplying DACs: Flexible Building Blocks" (PDF). Analog Devices 2010 Retrieved 2012-03-29 ^ Schmidt, Christian (2020). Interleaving Concepts for Digital-to-Analog Converters: Algorithms, Models, Simulations and Experiments Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden. doi:10.1007/978-3-658-272647. ISBN 9783658272630 ^ Jump up to:a b c d e f g h i "ADC and DAC Glossary" Maxim. Archived from the original on 2007-03-08 Kester, Walt (2005), The Data Conversion Handbook, ISBN 0-7506-7841-0 S Norsworthy, Richard Schreier, Gabor C Temes, Delta-Sigma Data Converters. ISBN 0-7803-1045-4 Mingliang Liu, Demystifying Switched-Capacitor Circuits. ISBN 0-7506-79077 Behzad Razavi, Principles of Data Conversion System Design. ISBN 0-78031093-4 Phillip E Allen, Douglas R Holberg, CMOS Analog Circuit Design. ISBN 0-19511644-5 h Robert F Coughlin, Frederick F Driscoll, Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits. ISBN 0-13-014991-8 A Anand Kumar, Fundamentals of Digital Circuits. ISBN 81-203-17459, ISBN 978-81-203-1745-1 Ndjountche Tertulien, "CMOS Analog Integrated Circuits: High-Speed and Power-Efficient Design". ISBN 978-1-4398-5491-4 ADC and DAC Glossary Đọc Thêm Kester, Walt (2005), The Data Conversion Handbook (http://www.analog.com/library/analogDialog ue/archives/39-06/data_conversion_handbook.html), ISBN 0-7506-7841-0 Ứng Dụng Cụ Thể Bộ chuyển đổi tín hiệu Bộ chuyển đổi tín hiệu Analog sang Digital - Cáp quang âm kỹ thuật số sang RCA âm tương tự - Tỷ lệ mẫu 32/44.1/48/96KHz - Hỗ trợ âm stereo 24bit S / PDIF đầu vào - Truyền tải âm ko có tạp âm - Plug and play, dễ sử dụng - Điện điện áp DC 5V @ 2A - Điện tiêu thụ 0.5W h h