تحتاج الإلكترونيات والمعدات التي تستخدمها في حياتك اليومية إلى تحويل البيانات ومصادر الإدخال إلى تنسيقات أخرى. بالنسبة لمعدات الصوت الرقمية ، تعتمد الطريقة التي ينتج بها ملف MP3 الصوت على التحويل بين تنسيقات البيانات التناظرية والرقمية. تأخذ هذه المحولات من الرقمية إلى التناظرية (DACs) البيانات الرقمية المدخلة وتحولها إلى إشارات صوتية تمثيلية لهذه الأغراض.
كيف تعمل المحولات الرقمية إلى الصوت
الصوت الذي تنتجه هذه الأجهزة الصوتية هو الشكل التناظري لبيانات الإدخال الرقمي. تتيح هذه المحولات تحويل الصوت من تنسيق رقمي ، وهو نوع صوتي سهل الاستخدام أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الأخرى ، إلى تنسيق تناظري ، مصنوعة من اختلافات في ضغط الهواء الذي ينتج يبدو نفسه.
تأخذ DACs عددًا ثنائيًا من الشكل الرقمي للصوت وتحولها إلى جهد أو تيار تناظري ، عندما يتم ذلك بالكامل على مدار الأغنية ، يمكنه إنشاء موجة صوتية تمثل الإشارة الرقمية. يقوم بإنشاء النسخة التناظرية من الصوت الرقمي في "خطوات" لكل قراءة رقمية.
قبل أن ينشئ الصوت ، ينشئ DAC موجة خطوة سلم. هذه موجة يوجد فيها "قفزة" صغيرة بين كل قراءة رقمية. لتحويل هذه القفزات إلى قراءة تناظرية سلسة ومستمرة ، تستخدم DACs الاستيفاء. هذه طريقة للنظر إلى نقطتين متجاورتين على موجة خطوة السلم وتحديد القيم بينهما.
هذا يجعل الصوت سلسًا وأقل تشويشًا. تقوم DAC بإخراج هذه الفولتية التي تتحول إلى شكل موجة مستمر. على عكس DAC ، يستخدم الميكروفون الذي يلتقط الإشارات الصوتية المحول التناظري إلى الرقمي (ADC) لإنشاء إشارة رقمية.
البرنامج التعليمي ADC و DAC
بينما تقوم DAC بتحويل إشارة ثنائية رقمية إلى إشارة تمثيلية مثل الجهد ، فإن ADC يقوم بالعكس. يأخذ مصدرًا تناظريًا ويحوله إلى مصدر رقمي. عند استخدامهما معًا ، بالنسبة إلى DAC ، يمكن أن يشكل المحول ومحول ADC جزءًا كبيرًا من تقنية هندسة الصوت والتسجيل. الطريقة التي يستخدم بها كلاهما تجعل التطبيقات في مجال تكنولوجيا الاتصالات التي يمكنك التعرف عليها من خلال برنامج تعليمي ADC و DAC.
بنفس الطريقة التي قد يحول بها المترجم الكلمات إلى كلمات أخرى بين اللغات ، تعمل ADC و DAC معًا في السماح للأشخاص بالتواصل عبر مسافات طويلة. عندما تتصل بشخص ما عبر الهاتف ، يتم تحويل صوتك إلى إشارة كهربائية تناظرية بواسطة ميكروفون.
ثم يقوم ADC بتحويل الإشارة التناظرية إلى إشارة رقمية. يتم إرسال التيارات الرقمية عبر حزم الشبكة ، وعندما تصل إلى الوجهة ، يتم تحويلها مرة أخرى إلى إشارة كهربائية تمثيلية بواسطة DAC.
يجب أن تأخذ هذه التصميمات في الاعتبار ميزات الاتصال من خلال ADCs و DACs. عدد القياسات التي تتخذها DAC في كل ثانية هو معدل العينة أو تردد أخذ العينات. يتيح معدل العينة الأعلى للأجهزة تحقيق دقة أكبر. يجب على المهندسين أيضًا إنشاء معدات مع عدد كبير من الروبوتات التي تمثل عدد الخطوات المستخدمة ، كما هو موضح أعلاه ، لتمثيل الجهد عند نقطة زمنية معينة.
كلما زاد عدد الخطوات ، زادت الدقة. يمكنك تحديد الدقة عن طريق أخذ 2 إلى قوة عدد بتات DAC أو ADC التي تنشئ الإشارة التناظرية أو الرقمية ، على التوالي. بالنسبة لـ ADC 8 بت ، سيكون القرار 256 خطوة.
صيغة المحول الرقمي إلى التناظري
•••سيد حسين أثير
محول DAC يحول الثنائي إلى قيمة جهد. هذه القيمة هي ناتج الجهد كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه. يمكنك حساب جهد الخرج مثل
V_ {out} = \ frac {V_4G_4 + V_3G_3 + V_2G_2 + V_1G_1} {G_4 + G_3 + G_2 + G_1}
للجهودالخامسعبر كل المخفف والموصليةجيمن كل مخفف. المخففات هي جزء من عملية إنشاء الإشارة التناظرية لتقليل التشوه. إنها متصلة بالتوازي بحيث تلخص كل موصلية فردية بهذه الطريقة من خلال صيغة المحول الرقمي إلى التناظري.
يمكنك استخدامنظرية ثيفينينلربط مقاومة كل مخفف بتوصيله. المقاومة Thevenin هو
R_t = \ frac {1} {G_4 + G_3 + G_2 + G_1}
تنص نظرية ثيفينين على أن "أي دائرة خطية تحتوي على العديد من الفولتية والمقاومات يمكن استبدالها بجهد واحد فقط في السلسلة بمقاومة واحدة متصلة بالحمل ". يتيح لك ذلك حساب الكميات من دائرة معقدة كما لو كانت بسيطة واحد.
تذكر أنه يمكنك أيضًا استخدامقانون أوم، V = IRللجهدالخامس، تيارأناوالمقاومةرعند التعامل مع هذه الدوائر وأي صيغة محول رقمي إلى تناظري. إذا كنت تعرف مقاومة محول DAC ، فيمكنك استخدام دائرة بها محول DAC لقياس جهد الخرج أو التيار.
معماريات ADC
هناك الكثير من الشعبيةمعماريات ADCمثل سجل التقريب المتتالي (SAR) ومحولات Delta-Sigma () وخطوط الأنابيب. يقوم SAR بتحويل إشارة الإدخال التناظرية إلى إشارة رقمية عن طريق "الضغط على" الإشارة. هذا يعني البحث في شكل الموجة التناظرية المستمرة من خلال بحث ثنائي يبحث في جميع مستويات التكميم الممكنة قبل العثور على مخرجات رقمية لكل تحويل.
توضيحهي طريقة لتعيين مجموعة كبيرة من قيم الإدخال من شكل موجة مستمر لقيم مخرجات أقل في العدد. من السهل استخدام ADCs SAR بشكل عام مع استخدام أقل للطاقة ودقة عالية.
تصاميم دلتا سيجماالعثور على متوسط العينة على مدار الوقت الذي تستخدمه كإشارة إدخال رقمية. يتم تمثيل متوسط الفرق في الوقت للإشارة نفسها باستخدام الرموز اليونانية دلتا (∆) وسيغما (∑) ، مما يعطيها اسمها. تتميز طريقة ADC هذه بدقة عالية وثبات عالي مع استخدام منخفض للطاقة وتكلفة.
أخيرا،محولات خطوط الأنابيباستخدم مرحلتين "تثبتهما" مثل طرق SAR وإرسال الإشارة عبر خطوات مختلفة مثل فلاش ADC والمخففات. يقارن فلاش ADC كل إشارة جهد دخل خلال عينة صغيرة من الوقت بجهد مرجعي لإنشاء إخراج رقمي ثنائي. تكون إشارات خطوط الأنابيب عمومًا عند عرض نطاق ترددي أعلى ، ولكن بدقة أقل وتحتاج إلى مزيد من الطاقة للتشغيل.
محول رقمي إلى تناظري يعمل
أحد تصميمات DAC المستخدمة على نطاق واسع هوشبكة R-2R. يستخدم هذا قيمتين مقاومات واحدة أكبر بمرتين من الأخرى. يتيح ذلك لـ R-2R القياس بسهولة كطريقة لاستخدام المقاومات لتخفيف وتحويل الإشارة الرقمية المدخلة وتشغيل المحول الرقمي إلى التناظري.
أالمقاوم ثنائي المرجحةهو مثال آخر شائع من DAC. تستخدم هذه الأجهزة مقاومات ذات مخرجات تلتقي عند المقاوم الفردي الذي يلخص المقاومات. ستعطي الأجزاء الأكثر أهمية من التيار الرقمي للإدخال تيارًا أكبر للإخراج. سيسمح المزيد من أجزاء هذا القرار لمزيد من التدفق الحالي.
تطبيقات عملية للمحولات
تقوم أقراص MP3 والأقراص المضغوطة بتخزين الإشارات الصوتية بتنسيقات رقمية. هذا يعني أن DACs تُستخدم في مشغلات الأقراص المضغوطة والأجهزة الرقمية الأخرى التي تنتج أصواتًا مثل بطاقات الصوت لأجهزة الكمبيوتر وألعاب الفيديو. يمكن استخدام DAC التي تنشئ خرجًا تناظريًا على مستوى الخط في مكبرات الصوت أو حتى مكبرات صوت USB.
تعتمد تطبيقات DAC هذه عادةً على جهد إدخال ثابت أو تيار لإنشاء جهد الخرج وتشغيل المحول الرقمي إلى التناظري. يمكن أن يستخدم مضاعفة DACs جهدًا متنوعًا للإدخال أو مصادر حالية ، لكن لديهم قيودًا على النطاق الترددي الذي يمكنهم استخدامه.