1.5.3 数模转换(D/A [Digital-to-Analog])

数模转换(D/A) 是对模数转换(A/D)的逆向过程,完成 从数字信号还原至模拟信号 的工作。注意,还原的是模拟信号(Analog Signal),而并非真实波源(Original Source)。对音频来说,转换所得的模拟信号,再经过放音设备播放(如音响、扬声器单元等),成为真实波源。

数模转换公式(D/A Transfer Function)

如果记 数字信号(Digital Signal)十进制表示DD参考输入(Reference Input)的电压(Voltage)VRefV_{Ref} ,合成累加器的门总数,即该 DAC 的 最大比特分辨率(Max Bit Resolution)NN 。假设数字信号经过 DAC 处理后,某时刻输出的 模拟信号(Analog Signal)电压(Voltage)VAnoV_{Ano} ,则这几个量间的关系就为:

VAno=D2N1VRef {\displaystyle \begin{aligned} V_{Ano} = \frac{D}{2^N-1} \cdot V_{Ref} \\ \end{aligned} }

此式即为 DAC 数模转换公式,由于 DAC 为参考输入构建波形的内部时钟信号脉冲周期不依赖于公式,也被称为 D/A 转换公式(D/A Transfer Function)

同 ADC 一致,DAC 中参考输入电压二的幂指倍缩小电压信号,组成了位门后的各个门电路所对应电压输入。其所有输入的周期皆为时钟信号的周期,即周期完全一致。

图 1.5.3-1 在 DAC 数模转换公式作用下的 D/A 映射结果

如上(注意坐标轴),当取用 VRef=6 VV_{Ref} = 6\ V 有 DAC 最大比特分辨率 N=4N = 4 时,输入数字信号十进制表示 D[0, 15]D \in[0,\ 15] 的模拟信号还原的理想情况。在没有 DAC 设备误差的情况下,上一小节经过我们模数转换所得时长为 4 个周期的数字信号,就能还原为原 VAno[0, 6]V_{Ano} \in[0,\ 6] 的正弦模拟信号:

图 1.5.3-2 数字信号经 DAC 数模转换演示

对于一款 DAC 单元,在设计确定了 时钟频率(Clock Frequency)最大比特分辨率(Max Bit Resolution)参考输入(Reference Input) 后,对于该设备的这些相关属性,既成 常数固定。其中,最大比特分辨率(Max Bit Resolution)取值 ,被标注为 DAC 设备的 解析位深(Analytical Bit Depth),即俗称的解析力。

同样的,想要达到 较好的还原 模拟信号效果,DAC 的 时钟频率(Clock Frequency),需要和 ADC 的工业标准保持一致。因此,有时也被用 ADC 的采样率(Samplerate)的称谓代指,即所谓 DAC 采样率。这种称谓其实是不准确的。


而在多级设备的放音场景,为了保证包括 DAC 在内的整条解码放音链路上设备的时钟频率一致,常需要我们提供外侧时钟信号(Clock Signal),来避免由于设备间的差异,而导致还原后的模拟信号,在传递和还原真实波源时,发生周期上的挤压/拉伸形变。

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