Как работи цифрово-аналоговият преобразувател?

Електрониката и оборудването, които използвате в ежедневието си, трябва да трансформират данните и входните източници в други формати. За цифровото аудио оборудване начинът, по който MP3 файлът произвежда звук, разчита на преобразуването между аналогови и цифрови формати на данни. Тези цифрово-аналогови преобразуватели (ЦАП) вземат входни цифрови данни и ги преобразуват в аналогови аудио сигнали за тези цели.

Звукът, който произвежда това аудио оборудване, е аналоговата форма на цифрови входни данни. Тези конвертори позволяват на аудиото да се преобразува от цифров формат, лесен за използване тип аудио компютри и друга електроника, до аналогов формат, направен от вариации на въздушното налягане, които произвеждат звук.

ЦАП приемат двоично число от цифровата форма на аудиото и го превръщат в аналогово напрежение или ток, които, когато е направено изцяло по време на песен, може да създаде вълна от звук, която представлява цифровия сигнал. Той създава аналоговата версия на цифровия звук на „стъпки“ от всяко цифрово четене.

Преди да създаде звука, ЦАП създава стълбищна стъпка. Това е вълна, в която има малък „скок“ между всяко цифрово четене. За да преобразуват тези скокове в плавно, непрекъснато аналогово четене, ЦАП използват интерполация. Това е метод за разглеждане на две точки една до друга на стълбищната вълна и определяне на стойностите между тях.

Това прави звука гладък и по-малко изкривен. ЦАП извеждат тези напрежения, които са изгладени в непрекъсната форма на вълната. За разлика от ЦАП, микрофонът, който улавя аудио сигнали, използва аналогово-цифров преобразувател (ADC), за да създаде цифров сигнал.

Докато ЦАП преобразува цифров двоичен сигнал в аналогов като напрежение, АЦП прави обратното. Той взема аналогов източник и го преобразува в цифров. Използвани заедно, за ЦАП, преобразувателят и преобразувателят ADC могат да съставляват голяма част от технологията на аудиотехниката и записа. Начинът, по който се използват и двамата, прави приложения в комуникационната технология, за които можете да научите чрез урок ADC и DAC.

По същия начин, по който преводачът може да трансформира думите в други думи между езиците, ADC и DAC работят заедно, като позволяват на хората да комуникират на големи разстояния. Когато се обадите на някого по телефона, гласът ви се преобразува в аналогов електрически сигнал от микрофон.

След това ADC преобразува аналоговия сигнал в цифров. Цифровите токове се изпращат чрез мрежови пакети и когато достигнат дестинацията, се преобразуват обратно в аналогов електрически сигнал от ЦАП.

Тези проекти трябва да вземат предвид характеристиките на комуникацията чрез ADC и DAC. Броят на измерванията, които DAC прави на всяка секунда, е честотата на вземане на проби или честотата на вземане на проби. По-високата честота на дискретизация позволява на устройствата да постигнат по-голяма точност. Инженерите също трябва да създадат оборудване с голям брой ботове, които представляват броя на използваните стъпки, както е описано по-горе, за представяне на напрежението в даден момент от времето.

Колкото повече стъпки, толкова по-висока е разделителната способност. Можете да определите разделителната способност, като вземете 2 до степента на броя битове на ЦАП или ADC, които създават съответно аналоговия или цифровия сигнал. За 8-битов ADC разделителната способност ще бъде 256 стъпки.

•••Syed Hussain Ather

ЦАП преобразувател превръща двоичния файл в стойност на напрежението. Тази стойност е изходното напрежение, както се вижда на диаграмата по-горе. Можете да изчислите изходното напрежение като

за напрежениятаVпрез всеки атенюатор и проводимосттаGна всеки атенюатор. Атенюаторите са част от процеса на създаване на аналогов сигнал за намаляване на изкривяванията. Те са свързани паралелно, така че всяка отделна проводимост обобщава този начин чрез тази формула за цифрово-аналогов преобразувател.

Можеш да използвашТеорема на Тевенинза да се свърже съпротивлението на всеки атенюатор с неговата проводимост. TheРезистентност към тевенин​ ​е​

Теоремата на Тевенин гласи: „Всяка линейна верига, съдържаща няколко напрежения и съпротивления, може да бъде заменена само с едно последователно напрежение с едно съпротивление, свързано през товара. "Това ви позволява да изчислявате количества от сложна верига, сякаш е проста един.

Не забравяйте, че можете също да използватеЗаконът на Ом,​ ​V = IRза напрежениеV, текущАзи съпротиваRпри работа с тези схеми и всяка формула за цифрово-аналогов преобразувател. Ако знаете съпротивлението на ЦАП преобразувател, можете да използвате схема с ЦАП преобразувател в него за измерване на изходното напрежение или ток.

Има много популярниADC архитектурикато регистър за последователно приближение (SAR), Delta-Sigma (∆∑) и преобразуватели на тръбопроводи. SAR превръща входния аналогов сигнал в цифров чрез „задържане“ на сигнала. Това означава търсене на непрекъснатата аналогова форма на вълната чрез двоично търсене, което преглежда всички възможни нива на квантуване, преди да се намери цифров изход за всяко преобразуване.

​Квантуванее метод за картографиране на голям набор от входни стойности от непрекъсната форма на вълната към изходни стойности, които са по-малко на брой. SAR ADC обикновено са лесни за използване с по-ниска употреба на енергия и висока точност.

​Дизайн на Delta-Sigmaнамерете средната стойност на пробата за времето, което тя използва като входен цифров сигнал. Средната стойност за разликата във времето на самия сигнал се представя с помощта на гръцките символи делта (∆) и сигма (∑), като му дава името. Този метод на ADC има висока разделителна способност и висока стабилност с ниска употреба и разходи.

И накрая,Тръбопроводни преобразувателиизползвайте два етапа, които го "държат" като методите на SAR и изпращат сигнала през различни стъпки, като флаш АЦП и атенюатори. Флаш ADC сравнява всеки сигнал на входното напрежение за малка извадка от време с референтно напрежение, за да създаде двоичен цифров изход. Сигналите на тръбопроводите обикновено са с по-висока честотна лента, но с по-ниска резолюция и се нуждаят от повече мощност за работа.

Един широко използван DAC дизайн еМрежа R-2R. Това използва две стойности на резистори, като едната е два пъти по-голяма от другата. Това позволява скалата на R-2R лесно като метод за използване на резистори за затихване и трансформиране на входния цифров сигнал и за задействане на цифрово-аналоговия преобразувател.

Aдвоично претеглен резисторе друг често срещан пример за DAC. Тези устройства използват резистори с изходи, които се срещат на единичния резистор, който сумира съпротивленията. По-значимите части от входния цифров ток ще дадат по-голям изходен ток. Повече битове от тази резолюция ще позволят на по-голям ток да премине.

MP3 и CD съхраняват аудио сигнали в цифрови формати. Това означава, че ЦАП се използват в CD плейъри и други цифрови устройства, които произвеждат звуци като звукови карти за компютри и видео игри. ЦАП, които създават аналогов изход на линейно ниво, могат да се използват в усилватели или дори USB високоговорители.

Тези приложения на ЦАП обикновено разчитат на постоянно входно напрежение или ток, за да създадат изходно напрежение и да задействат цифрово-аналоговия преобразувател. Умножаването на ЦАП може да използва различни източници на входно напрежение или ток, но те имат ограничения върху честотната лента, която могат да използват.