Comment fonctionne un convertisseur numérique-analogique ?

L'électronique et l'équipement que vous utilisez dans votre vie quotidienne doivent transformer les données et les sources d'entrée dans d'autres formats. Pour les équipements audio numériques, la façon dont un fichier MP3 produit du son repose sur la conversion entre les formats de données analogiques et numériques. Ces convertisseurs numérique-analogique (DAC) prennent les données numériques d'entrée et les convertissent en signaux audio analogiques à ces fins.

Le son produit par ces équipements audio est la forme analogique des données d'entrée numériques. Ces convertisseurs permettent de convertir l'audio à partir d'un format numérique, un type d'audio facile à utiliser qui ordinateurs et autres appareils électroniques, dans un format analogique, fait de variations de pression atmosphérique qui produisent le son lui-même.

Les DAC prennent un nombre binaire de la forme numérique de l'audio et le transforment en une tension ou un courant analogique qui, lorsqu'il est entièrement effectué au cours d'une chanson, peut créer une onde audio qui représente le signal numérique. Il crée la version analogique de l'audio numérique en « étapes » de chaque lecture numérique.

Avant de créer l'audio, le DAC crée une onde de marche d'escalier. C'est une vague dans laquelle il y a un petit "saut" entre chaque lecture numérique. Pour convertir ces sauts en une lecture analogique continue et fluide, les DAC utilisent l'interpolation. Il s'agit d'une méthode permettant d'observer deux points côte à côte sur l'onde de la marche d'escalier et de déterminer les valeurs entre eux.

Cela rend le son doux et moins déformé. Les DAC produisent ces tensions qui se sont lissées en une forme d'onde continue. Contrairement au DAC, un microphone qui capte les signaux audio utilise un convertisseur analogique-numérique (ADC) pour créer un signal numérique.

Alors qu'un DAC convertit un signal binaire numérique en un signal analogique tel qu'une tension, un ADC fait l'inverse. Il prend une source analogique et la convertit en une source numérique. Utilisés ensemble, pour un DAC, le convertisseur et un convertisseur ADC peuvent constituer une grande partie de la technologie d'ingénierie et d'enregistrement audio. La façon dont ils sont tous deux utilisés crée des applications dans les technologies de la communication que vous pouvez découvrir grâce à un didacticiel ADC et DAC.

De la même manière qu'un traducteur peut transformer des mots en d'autres mots entre les langues, les ADC et les DAC travaillent ensemble pour permettre aux gens de communiquer sur de longues distances. Lorsque vous appelez quelqu'un par téléphone, votre voix est convertie en un signal électrique analogique par un microphone.

Ensuite, un CAN convertit le signal analogique en un signal numérique. Les courants numériques sont envoyés via des paquets réseau et, lorsqu'ils atteignent la destination, ils sont reconvertis en un signal électrique analogique par un DAC.

Ces conceptions doivent prendre en compte les caractéristiques de communication via les ADC et les DAC. Le nombre de mesures prises par le DAC à chaque seconde correspond à la fréquence d'échantillonnage ou à la fréquence d'échantillonnage. Un taux d'échantillonnage plus élevé permet aux appareils d'atteindre une plus grande précision. Les ingénieurs doivent également créer des équipements avec un grand nombre de robots qui représentent le nombre d'étapes utilisées, comme décrit ci-dessus, pour représenter la tension à un moment donné.

Plus il y a d'étapes, plus la résolution est élevée. Vous pouvez déterminer la résolution en prenant 2 à la puissance du nombre de bits du DAC ou ADC qui crée le signal analogique ou numérique, respectivement. Pour un CAN 8 bits, la résolution serait de 256 pas.

•••Syed Hussain Ather

Un convertisseur DAC transforme un binaire en une valeur de tension. Cette valeur est la tension de sortie comme le montre le diagramme ci-dessus. Vous pouvez calculer la tension de sortie comme

pour les tensionsVà travers chaque atténuateur et la conductancegde chaque atténuateur. Les atténuateurs font partie du processus de création du signal analogique pour réduire la distorsion. Ils sont connectés en parallèle de sorte que chaque conductance individuelle se résume de cette façon à travers cette formule de convertisseur numérique-analogique.

Vous pouvez utiliserThéorème de Théveninrelier la résistance de chaque atténuateur à sa conductance. leRésistance à la thévenine​ ​est​

Le théorème de Thevenin déclare: " Tout circuit linéaire contenant plusieurs tensions et résistances peut être remplacé par une seule tension en série avec une seule résistance connectée à travers la charge." Cela vous permet de calculer des quantités à partir d'un circuit compliqué comme s'il s'agissait d'un simple une.

N'oubliez pas que vous pouvez également utiliserLa loi d'Ohm,​ ​V = IRpour la tensionV, actueljeet résistanceRlorsqu'il s'agit de ces circuits et de toute formule de convertisseur numérique-analogique. Si vous connaissez la résistance d'un convertisseur DAC, vous pouvez utiliser un circuit avec un convertisseur DAC pour mesurer la tension ou le courant de sortie.

Il y a beaucoup de populaireArchitectures ADCtels que les registres d'approximations successives (SAR), les convertisseurs Delta-Sigma (∆∑) et Pipeline. Le SAR transforme un signal analogique d'entrée en un signal numérique en "maintenant" le signal. Cela signifie rechercher la forme d'onde analogique continue via une recherche binaire qui examine tous les niveaux de quantification possibles avant de trouver une sortie numérique pour chaque conversion.

​Quantificationest une méthode de mappage d'un grand ensemble de valeurs d'entrée d'une forme d'onde continue à des valeurs de sortie moins nombreuses. Les CAN SAR sont généralement faciles à utiliser avec une faible consommation d'énergie et une grande précision.

​Conceptions Delta-Sigmatrouver la moyenne de l'échantillon sur le temps qu'il utilise comme signal numérique d'entrée. La moyenne sur la différence de temps du signal lui-même est représentée à l'aide des symboles grecs delta (∆) et sigma (∑), ce qui lui donne son nom. Cette méthode d'ADC a une résolution élevée et une stabilité élevée avec une faible consommation d'énergie et un faible coût.

Pour terminer,Convertisseurs de pipelinesutilisez deux étapes qui le "retiennent" comme les méthodes SAR et envoient le signal à travers diverses étapes telles que les ADC flash et les atténuateurs. Un ADC flash compare chaque signal de tension d'entrée sur un petit échantillon de temps à une tension de référence pour créer une sortie numérique binaire. Les signaux du pipeline sont généralement à des bandes passantes plus élevées, mais avec une résolution inférieure et nécessitent plus de puissance pour fonctionner.

Une conception de DAC largement utilisée est leRéseau R-2R. Cela utilise deux valeurs de résistances avec une deux fois plus grande que l'autre. Cela permet au R-2R d'évoluer facilement comme méthode d'utilisation de résistances pour atténuer et transformer le signal numérique d'entrée et faire fonctionner le convertisseur numérique-analogique.

UNErésistance à pondération binaireest un autre exemple courant de DAC. Ces appareils utilisent des résistances avec des sorties qui se rencontrent à la résistance unique qui résume les résistances. Les parties les plus importantes du courant numérique d'entrée donneront un courant de sortie plus important. Plus de bits de cette résolution permettront à plus de courant de passer.

Les MP3 et les CD stockent les signaux audio dans des formats numériques. Cela signifie que les DAC sont utilisés dans les lecteurs de CD et autres appareils numériques qui produisent des sons comme les cartes son des ordinateurs et des jeux vidéo. Les DAC qui créent une sortie analogique de niveau ligne peuvent être utilisés dans des amplificateurs ou même des haut-parleurs USB.

Ces applications de DAC reposent généralement sur une tension ou un courant d'entrée constant pour créer la tension de sortie et faire fonctionner le convertisseur numérique-analogique. Les DAC multiplicateurs peuvent utiliser des sources de tension ou de courant d'entrée variables, mais ils ont des contraintes sur la bande passante qu'ils peuvent utiliser.