波形生成のためのDACの選び方

投稿日 2022/05/20, 金曜日
更新日 2024/07/1, 月曜日

MCU/SoCの仕様を見るとき、DACが目立つ機能として常に記載されているわけではありません。DACがいつADCの従兄弟に人気コンテストで負けたのかは定かではありませんが、その結果DACは別のコンポーネントとして選択しなければならないことが多いです。異なるアプリケーション、データレート、帯域幅に対するADCの選択に関するアドバイスは豊富にあります。対照的に、DACの選び方に関するほとんどのアドバイスは、オーディオ再生に焦点を当てています。産業自動化、統合テストおよび測定機器、ソフトウェア定義ラジオ、またはその他の特殊アナログアプリケーションを設計している場合、DACを選択する際に考慮すべきことは次のとおりです。

DACとADCの選択基準

ADCとDACのプロセスは互いに逆ですが、デジタルとアナログの世界の間のインターフェースには、両方のタイプのコンバーターが重要です。各変換プロセスの仕様は正しい文脈で考慮する必要がありますが、多くの同じ仕様が両方のプロセスに適用されます。アナログ信号の低ノイズ取得と再生を保証するために使用されるいくつかの標準的なトリックも、DACの選択に適用可能です。

ADCの選択が得意なら、DACの選択も得意でしょう。DACを選ぶ方法を学ぶときに始めるべき重要な場所は、ナイキストの定理（サンプリング定理としても知られています）の徹底的な理解です。ナイキスト周波数とそのデータレートとの関係を考えることができれば、DACを選ぶ道はすでに半ば進んでいます。波形生成のパフォーマンスに影響を与えるDAC選択の関連仕様を見てみましょう。

波形生成のためのDAC仕様

波形生成を管理する仕様は、ADCに必要なものと似ています。これらの波形生成タスクのためにDACを選択する際に考慮すべきいくつかの重要な仕様は次のとおりです：

インターフェース。 アナログ信号を生成するために、DACにデータを入力する必要があります。典型的なインターフェースは、シリアル入力用のSPI、パラレル、またはPWMです。
解像度と単調性。 解像度は、DACが許容できるノイズのレベルとアナログ信号再生の精度の両方を決定します。単調性は、入力データの方向に従ってアナログ出力を維持するDACの能力を定義する関連する精度仕様です。入力レベルが減少するときに、DAC出力が上向きにスパイクしてから下向きにトレンドするべきではありません。
サンプリングレート。 すべてのDACとADCには、サンプリングレートによって定義される帯域幅があります。サンプルレートは、正確に再現できる最大周波数（ナイキスト周波数）を決定します。しかし、DACで使用されるインパルス列は、サンプリングレートによって定義される帯域幅を超える追加の周波数コンテンツを導入します。したがって、DACに対しては帯域幅が明確に定義されていません。これについては以下で詳しく見ていきます。
ダイナミックレンジ。 すべてのアナログコンポーネントには、よく定義されたダイナミックレンジ（dBで測定）があります。これは、最大および最小出力信号レベルの差を指定します。

波形生成におけるDACを選択する際の2つの主要な仕様は、解像度とサンプリングレートであり、これらは再構成された信号の精度の基礎となります。高性能なDACでは、サンプルレートが多数のGspsに達することに注意してください。これらの仕様は、アナログ信号の正確な再生を保証するために、再構成された信号の帯域幅と比較する必要があります。しかし、信号再構成プロセスのため、ADC回路には見られない、正確な信号再構成のための追加の回路が必要です。

DAC波形生成におけるスプリアス画像

ADCとDACは逆のプロセスを実行しますが、全く同じ波形を再現するわけではありません。デジタルからアナログへの変換プロセスで導入されるアナログ信号の不正確さは以下に示されています。再構成されたアナログ信号の量子化により、DACからの出力信号には、ナイキスト周波数よりも高い周波数に現れるいくつかの信号画像があります。

上の画像では、DAC出力上のシンク包絡線は、シンクパワースペクトルを持つインパルス列を信号再生に使用することによるものです。インパルス列の使用は、再構成されたアナログ信号の高次画像を生成します。これらの画像は、再構成されたアナログ信号のフーリエスペクトルの高次高調波を含むと考えてください。これらの画像の振幅は、上に示されているように、シンク包絡線によって重み付けされます。

オーバーサンプリング

ADCでオーバーサンプリングがノイズをより広い帯域幅に分散させ、全体のノイズフロアを低減するのと同様に、オーバーサンプリングは画像コンテンツをより高い帯域幅に分散させます。言い換えると、より高いサンプリングレートの使用は、再構成された信号の画像をより高い周波数に押し上げます。これにより、出力信号のフィルタリング要件が緩和され、低次のフィルタを使用して平滑化することができます。

フィルタリング

画像を除去するには、出力アナログ信号を高いロールオフを持つローパスまたはバンドパスフィルターを通過させる必要があります。高域カットオフは、望ましくない画像を抑制するために、希望する帯域幅の端に近くするべきです。高次アクティブフィルターは、標準フォームファクターのICとして購入することができますし、または、個別のコンポーネントからフィルターを設計することもできます。波形生成中のサンプリングとフィルタリングに関わる全体的なプロセスは以下に示されています。

アナログ信号処理のためのその他のコンポーネント

DACを探しているとき、主要メーカーからさまざまなコンポーネントを見つけることができます。これらのコンポーネントのビット解像度は、同様のサンプリングレートを持つADCよりも大きい傾向がありますが、これらの2つのコンポーネントは同じ信号を正確にサンプリングして再現することができます。これは、現代のADCで低解像度を人工的に補償し、再構成時のサンプリング精度を向上させるためにディザリングが使用されているためです。

アナログ信号処理システムを扱っている場合、信号の取得、操作、再構築に必要な他の重要なコンポーネントがたくさんあります。ここでは、システムに必要な他のコンポーネントをいくつか紹介します：

DACの選択方法を学ぶことは、正確な波形生成と信号再構築の第一歩であり、Octopartの高度な検索およびフィルタリング機能で新製品に必要なコンポーネントを見つけることができます。Octopartの電子部品検索エンジンを使用すると、現在のディストリビューターの価格データ、部品在庫、部品仕様にアクセスでき、すべてがユーザーフレンドリーなインターフェースで自由に利用可能です。DAC統合回路のページをご覧ください必要なコンポーネントを見つけてください。

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