Πώς λειτουργεί ένας μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό;

Τα ηλεκτρονικά και ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείτε στην καθημερινή σας ζωή πρέπει να μετατρέψουν δεδομένα και πηγές εισόδου σε άλλες μορφές. Για τον ψηφιακό εξοπλισμό ήχου, ο τρόπος με τον οποίο ένα αρχείο MP3 παράγει ήχο βασίζεται στη μετατροπή μεταξύ αναλογικών και ψηφιακών μορφών δεδομένων. Αυτοί οι μετατροπείς ψηφιακού σε αναλογικό (DAC) λαμβάνουν ψηφιακά δεδομένα εισόδου και τα μετατρέπουν σε αναλογικά σήματα ήχου για αυτούς τους σκοπούς.

Ο ήχος που παράγει αυτός ο εξοπλισμός ήχου είναι η αναλογική μορφή ψηφιακών δεδομένων εισόδου. Αυτοί οι μετατροπείς επιτρέπουν τη μετατροπή του ήχου από ψηφιακή μορφή, έναν εύχρηστο τύπο ήχου που υπολογιστές και άλλα ηλεκτρονικά, σε αναλογική μορφή, κατασκευασμένα από παραλλαγές στην πίεση του αέρα που παράγουν ακούγεται ο ίδιος.

Τα DAC λαμβάνουν δυαδικό αριθμό της ψηφιακής μορφής ήχου και το μετατρέπουν σε αναλογική τάση ή ρεύμα που, όταν γίνει εντελώς κατά τη διάρκεια ενός τραγουδιού, μπορεί να δημιουργήσει ένα κύμα ήχου που αντιπροσωπεύει το ψηφιακό σήμα. Δημιουργεί την αναλογική έκδοση του ψηφιακού ήχου σε "βήματα" κάθε ψηφιακής ανάγνωσης.

Πριν δημιουργήσει τον ήχο, το DAC δημιουργεί ένα κύμα κλιμακοστασίων. Αυτό είναι ένα κύμα στο οποίο υπάρχει ένα μικρό «άλμα» μεταξύ κάθε ψηφιακής ανάγνωσης. Για να μετατρέψετε αυτά τα άλματα σε μια ομαλή, συνεχή αναλογική ανάγνωση, τα DAC χρησιμοποιούν παρεμβολή. Αυτή είναι μια μέθοδος εξέτασης δύο σημείων το ένα δίπλα στο άλλο στο κύμα της σκάλας και του προσδιορισμού των τιμών μεταξύ τους.

Αυτό καθιστά τον ήχο απαλό και λιγότερο παραμορφωμένο. Οι DAC εξάγουν αυτές τις τάσεις που έχουν εξομαλυνθεί σε μια συνεχή κυματομορφή. Σε αντίθεση με το DAC, ένα μικρόφωνο που λαμβάνει ηχητικά σήματα χρησιμοποιεί έναν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) για τη δημιουργία ψηφιακού σήματος.

Ενώ ένα DAC μετατρέπει ένα ψηφιακό δυαδικό σήμα σε αναλογικό όπως τάση, ένα ADC κάνει το αντίστροφο. Παίρνει μια αναλογική πηγή και τη μετατρέπει σε ψηφιακή. Χρησιμοποιείται μαζί, για ένα DAC, ο μετατροπέας και ένας μετατροπέας ADC μπορούν να αποτελούν μεγάλο μέρος της τεχνολογίας της τεχνολογίας ήχου και της εγγραφής. Ο τρόπος με τον οποίο και οι δύο χρησιμοποιούνται για εφαρμογές στην τεχνολογία επικοινωνιών για τις οποίες μπορείτε να μάθετε μέσω ενός οδηγού ADC και DAC.

Με τον ίδιο τρόπο που ένας μεταφραστής μπορεί να μετατρέψει τις λέξεις σε άλλες λέξεις μεταξύ γλωσσών, οι ADC και οι DAC συνεργάζονται για να επιτρέψουν στους ανθρώπους να επικοινωνούν σε μεγάλες αποστάσεις. Όταν καλείτε κάποιον μέσω τηλεφώνου, η φωνή σας μετατρέπεται σε αναλογικό ηλεκτρικό σήμα από ένα μικρόφωνο.

Στη συνέχεια, ένα ADC μετατρέπει το αναλογικό σήμα σε ψηφιακό. Τα ψηφιακά ρεύματα αποστέλλονται μέσω πακέτων δικτύου και, όταν φτάσουν στον προορισμό, μετατρέπονται ξανά σε αναλογικό ηλεκτρικό σήμα από ένα DAC.

Αυτά τα σχέδια πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τα χαρακτηριστικά επικοινωνίας μέσω ADC και DAC. Ο αριθμός των μετρήσεων που λαμβάνει το DAC σε κάθε δευτερόλεπτο είναι ο ρυθμός δειγματοληψίας ή η συχνότητα δειγματοληψίας. Η υψηλότερη ταχύτητα δειγματοληψίας επιτρέπει στις συσκευές να επιτύχουν μεγαλύτερη ακρίβεια. Οι μηχανικοί πρέπει επίσης να δημιουργήσουν εξοπλισμό με μεγάλο αριθμό bots που αντιπροσωπεύουν τον αριθμό των βημάτων που χρησιμοποιήθηκαν, όπως περιγράφεται παραπάνω, για να αντιπροσωπεύουν την τάση σε μια δεδομένη χρονική στιγμή.

Όσο περισσότερα βήματα, τόσο υψηλότερη είναι η ανάλυση. Μπορείτε να προσδιορίσετε την ανάλυση λαμβάνοντας 2 στη δύναμη του αριθμού bits του DAC ή του ADC που δημιουργεί το αναλογικό ή ψηφιακό σήμα, αντίστοιχα. Για ADC 8-bit, η ανάλυση θα ήταν 256 βήματα.

•••Σουντ Χουσεΐν Άθερ

Ένας μετατροπέας DAC μετατρέπει ένα δυαδικό σε τιμή τάσης. Αυτή η τιμή είναι η έξοδος τάσης όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα. Μπορείτε να υπολογίσετε την τάση εξόδου ως

για τις τάσειςΒσε κάθε εξασθενητή και την αγωγιμότητασολκάθε εξασθενητή. Οι εξασθενητές αποτελούν μέρος της διαδικασίας δημιουργίας του αναλογικού σήματος για τη μείωση της παραμόρφωσης. Συνδέονται παράλληλα, έτσι κάθε ατομική αγωγιμότητα συνοψίζει αυτόν τον τρόπο μέσω αυτού του τύπου μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό.

Μπορείς να χρησιμοποιήσειςΤο θεώρημα του Theveninνα συσχετίσει την αντίσταση κάθε εξασθενητή με την αγωγιμότητά του. οΑντίσταση Thevenin​ ​είναι​

Το θεώρημα του Thevenin δηλώνει, "Κάθε γραμμικό κύκλωμα που περιέχει αρκετές τάσεις και αντιστάσεις μπορεί να αντικατασταθεί από μία μόνο τάση σε σειρά με μία αντίσταση συνδεδεμένη στο φορτίο. "Αυτό σας επιτρέπει να υπολογίζετε τις ποσότητες από ένα περίπλοκο κύκλωμα σαν να ήταν απλό ένας.

Θυμηθείτε ότι μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετεΟ νόμος του Ωμ,​ ​V = IRγια τάσηΒ, ρεύμαΕγώκαι αντίστασηΡόταν ασχολείστε με αυτά τα κυκλώματα και οποιονδήποτε τύπο μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό. Εάν γνωρίζετε την αντίσταση ενός μετατροπέα DAC, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα κύκλωμα με έναν μετατροπέα DAC για να μετρήσετε την τάση ή το ρεύμα εξόδου.

Υπάρχουν πολλά δημοφιλήΑρχιτεκτονικές ADCόπως διαδοχικοί καταχωρητές προσέγγισης (SAR), Delta-Sigma (Δ∑) και μετατροπείς σωληνώσεων. Το SAR μετατρέπει ένα αναλογικό σήμα εισόδου σε ψηφιακό, κρατώντας το σήμα. Αυτό σημαίνει αναζήτηση συνεχούς αναλογικής κυματομορφής μέσω δυαδικής αναζήτησης που εξετάζει όλα τα πιθανά επίπεδα κβαντοποίησης πριν από την εύρεση ψηφιακής εξόδου για κάθε μετατροπή.

​Κβαντισμόςείναι μια μέθοδος χαρτογράφησης ενός μεγάλου συνόλου τιμών εισόδου από μια συνεχή κυματομορφή σε τιμές εξόδου που είναι λιγότερες σε αριθμό. Οι SAR ADC είναι γενικά εύκολο στη χρήση με χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας και μεγαλύτερη ακρίβεια.

​Σχέδια Delta-Sigmaβρείτε τον μέσο όρο του δείγματος με την πάροδο του χρόνου που χρησιμοποιεί ως ψηφιακό σήμα εισόδου. Ο μέσος όρος της διαφοράς χρόνου του ίδιου του σήματος αντιπροσωπεύεται χρησιμοποιώντας τα ελληνικά σύμβολα δέλτα (Δ) και σίγμα (∑), δίνοντάς του το όνομά του. Αυτή η μέθοδος ADC έχει υψηλή ανάλυση και υψηλή σταθερότητα με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και κόστος.

Τελικά,Μετατροπείς αγωγώνΧρησιμοποιήστε δύο στάδια που το "κρατούν" σαν μεθόδους SAR και στέλνετε το σήμα σε διάφορα βήματα, όπως ADCs flash και εξασθενητές. Ένα φλας ADC συγκρίνει κάθε σήμα τάσης εισόδου σε ένα μικρό δείγμα χρόνου με μια τάση αναφοράς για τη δημιουργία δυαδικής ψηφιακής εξόδου. Τα σήματα αγωγών είναι γενικά σε υψηλότερα εύρη ζώνης, αλλά με χαμηλότερη ανάλυση και χρειάζονται περισσότερη ισχύ για να λειτουργήσουν.

Ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος σχεδιασμός DAC είναι οΔίκτυο R-2R. Αυτό χρησιμοποιεί δύο τιμές αντιστάσεων με μία διπλάσια από την άλλη. Αυτό επιτρέπει την κλίμακα R-2R εύκολα ως μέθοδος χρήσης αντιστάσεων για εξασθένιση και μετατροπή του ψηφιακού σήματος εισόδου και λειτουργία του μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό.

ΕΝΑδυαδική σταθμισμένη αντίστασηείναι ένα άλλο κοινό παράδειγμα του DAC. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν αντιστάσεις με εξόδους που συναντώνται στη μονή αντίσταση που συνοψίζει τις αντιστάσεις. Τα πιο σημαντικά μέρη του ψηφιακού ρεύματος εισόδου θα δώσουν μεγαλύτερο ρεύμα εξόδου. Περισσότερα bits αυτής της ανάλυσης θα επιτρέψουν τη ροή περισσότερου ρεύματος.

Τα MP3 και τα CD αποθηκεύουν ηχητικά σήματα σε ψηφιακές μορφές. Αυτό σημαίνει ότι τα DAC χρησιμοποιούνται σε συσκευές αναπαραγωγής CD και άλλες ψηφιακές συσκευές που παράγουν ήχους όπως κάρτες ήχου για υπολογιστές και βιντεοπαιχνίδια. Οι DAC που δημιουργούν αναλογική έξοδο σε επίπεδο γραμμής μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ενισχυτές ή ακόμα και σε ηχεία USB.

Αυτές οι εφαρμογές DAC βασίζονται συνήθως σε μια σταθερή τάση εισόδου ή ρεύμα για τη δημιουργία της τάσης εξόδου και τη λειτουργία του μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό. Ο πολλαπλασιασμός των DAC μπορεί να χρησιμοποιεί ποικίλες τάσεις εισόδου ή πηγές ρεύματος, αλλά έχουν περιορισμούς στο εύρος ζώνης που μπορούν να χρησιμοποιήσουν.