A mindennapi életben használt elektronikának és berendezéseknek az adat- és bemeneti forrásokat más formátumokká kell átalakítaniuk. A digitális audiokészülékek esetében az MP3 fájlok hangképzési módja az adatok analóg és digitális formátuma közötti konvertálásra támaszkodik. Ezek a digitális-analóg átalakítók (DAC-k) bemeneti digitális adatokat vesznek és analóg audio jelekké alakítják át e célból.
Hogyan működnek a digitális audio átalakítók
Ezeknek az audiokészülékeknek a hangja a digitális bemeneti adatok analóg formája. Ezek a konverterek lehetővé teszik a hang konvertálását digitális formátumból, ez egy könnyen használható hangtípus számítógépek és más elektronika, analóg formátumban, a termelődő légnyomás változásaiból maga a hang.
A DAC-ok bináris számban veszik fel a hang digitális formáját, és analóg feszültséggé vagy árammá alakítják, ha teljes egészében egy dal folyamán végzik, akkor a digitális jelet reprezentáló hanghullámot hozhat létre. Minden digitális leolvasás "lépéseiben" létrehozza a digitális hang analóg változatát.
Mielőtt létrehozza a hangot, a DAC létrehoz egy lépcsőfokot. Ez egy olyan hullám, amelyben egy kis "ugrás" van az egyes digitális olvasások között. Ahhoz, hogy ezeket az ugrásokat egyenletes, folyamatos analóg leolvasássá alakítsa, a DAC-k interpolációt használnak. Ez egy olyan módszer, amellyel két lépcsőt nézhetünk meg egymás mellett a lépcső lépcsőjén, és meghatározhatjuk a közöttük lévő értékeket.
Ezáltal a hang sima és kevésbé torzul. A DAC-k továbbítják ezeket a feszültségeket, amelyek folyamatos hullámformává simultak. A DAC-kal ellentétben az audiojeleket felvevő mikrofon analóg-digitális átalakítót (ADC) használ a digitális jel létrehozásához.
ADC és DAC bemutató
Míg a DAC egy digitális bináris jelet átalakít analógá, például feszültséggé, addig az ADC fordítva. Analóg forrást vesz és átalakítja digitálissá. A DAC-hoz együtt használva az átalakító és az ADC átalakító az audiotechnika és a felvétel technológiájának jelentős részét alkothatja. Mindkettőjük felhasználásának módja a kommunikációs technológia alkalmazásai, amelyek megismerhetők egy ADC és DAC oktatóanyagon keresztül.
Ugyanúgy, ahogy a fordító átalakíthatja a szavakat más szavakká a nyelvek között, az ADC-k és a DAC-k együtt dolgoznak abban, hogy az emberek nagy távolságokon kommunikáljanak. Ha valakit telefonon hív, a hangja analóg elektromos jellé alakul át egy mikrofon által.
Ezután egy ADC átalakítja az analóg jelet digitális jellé. A digitális áramokat hálózati csomagokon keresztül küldik, és amikor elérik a rendeltetési helyet, egy DAC átalakítja őket analóg elektromos jellé.
Ezeknek a terveknek figyelembe kell venniük az ADC-k és a DAC-ok útján történő kommunikáció jellemzőit. A DAC által másodpercenként végzett mérések száma a mintavételi gyakoriság vagy a mintavételi frekvencia. A nagyobb mintavételi arány lehetővé teszi, hogy az eszközök nagyobb pontosságot érjenek el. A mérnököknek olyan berendezéseket is létre kell hozniuk, amelyek nagy számú botot tartalmaznak, és amelyek a fent leírt lépések számát képviselik a feszültség egy adott időpontban való ábrázolásához.
Minél több lépés, annál nagyobb a felbontás. A felbontást úgy határozhatja meg, hogy az analóg vagy a digitális jelet létrehozó DAC vagy ADC bitjeinek hatványát adja meg. 8 bites ADC esetén a felbontás 256 lépés lenne.
Digitális-analóg átalakító képlet
•••Syed Hussain Ather
A DAC átalakító a bináris értéket feszültségértékké alakítja. Ez az érték a kimeneti feszültség, amint az a fenti ábrán látható. Kiszámíthatja a kimeneti feszültséget
V_ {out} = \ frac {V_4G_4 + V_3G_3 + V_2G_2 + V_1G_1} {G_4 + G_3 + G_2 + G_1}
a feszültségekreVminden csillapítón és a vezetőképességenGminden csillapító. A csillapítók a torzítás csökkentése érdekében az analóg jel létrehozásának részei. Párhuzamosan vannak összekapcsolva, így minden egyes vezetőképesség így összegezhető ezen a digitális-analóg átalakító képletén keresztül.
Te tudod használniThevenin tételehogy az egyes csillapítók ellenállását összekapcsolják vezetőképességével. AThevenin ellenállás van
R_t = \ frac {1} {G_4 + G_3 + G_2 + G_1}
Thevenin tétele kimondja: "Bármely lineáris áramkört, amely több feszültséget és ellenállást tartalmaz, egyetlen soros feszültséggel lehet helyettesíteni egyetlen ellenállással van összekötve a terheléssel. "Ez lehetővé teszi a bonyolult áramkörből a mennyiségek kiszámítását, mintha egyszerű lenne egy.
Ne feledje, hogy használhatja isOhm törvénye, V = IRfeszültségreV, aktuálisénés az ellenállásRamikor ezeket az áramköröket és bármely digitális-analóg átalakító képletet kezelünk. Ha ismeri a DAC átalakító ellenállását, akkor a kimeneti feszültség vagy áram mérésére használhat egy áramkört, amelyben egy DAC átalakító található.
ADC architektúrák
Sok népszerűADC architektúrákmint például az egymást követő közelítő regiszter (SAR), a Delta-Sigma (∆∑) és a csővezeték konverterek. A SAR a bemeneti analóg jelet digitálisvá alakítja a jel „tartásával”. Ez azt jelenti, hogy a folyamatos analóg hullámformát bináris kereséssel keressük meg, amely minden lehetséges kvantálási szintet átnéz, mielőtt minden kimenethez digitális kimenetet találna.
Kvantálásegy módszer a bemeneti értékek nagy halmazának leképezésére egy folytonos hullámformától a kisebb számú kimeneti értékekig. A SAR ADC-ket általában könnyű használni alacsonyabb energiafelhasználással és nagy pontossággal.
A Delta-Sigma tervezkeresse meg a minta átlagát azon idő alatt, amelyet digitális bemeneti jelként használ. Magának a jelnek az időbeli különbségének átlagát a delta (∆) és a sigma (∑) görög szimbólumok segítségével jelenítjük meg, megadva a nevét. Az ADC-k ezen módszere nagy felbontású és nagy stabilitású, alacsony energiafelhasználással és költségekkel.
Végül,Csőváltókhasználjon két fokozatot, amelyek "tartják", mint a SAR módszereket, és különféle lépéseken keresztül küldik el a jelet, például flash ADC-k és csillapítók. A vaku ADC összehasonlítja az összes bemeneti feszültségjelet egy kis időmintán egy referenciafeszültséggel bináris digitális kimenet létrehozása céljából. A csővezetékjelek általában nagyobb sávszélességűek, de kisebb felbontásúak, és több energiára van szükségük a futáshoz.
Digitális-analóg átalakító működik
Az egyik széles körben használt DAC kialakítás aR-2R hálózat. Ez két ellenállási értéket használ, az egyik kétszer akkora, mint a másik. Ez lehetővé teszi, hogy az R-2R könnyen skálázódhasson, mivel az ellenállások segítségével csillapíthatja és átalakíthatja a bemeneti digitális jelet, és működésbe hozhatja a digitális-analóg átalakítót.
Abináris súlyú ellenállása DAC másik gyakori példája. Ezek az eszközök olyan kimenettel rendelkező ellenállásokat használnak, amelyek az ellenállások összegzésére szolgáló egyetlen ellenállásnál találkoznak. A digitális bemeneti áram jelentősebb részei nagyobb kimeneti áramot adnak. Ennek a felbontásnak a több bitje nagyobb áram áramlását teszi lehetővé.
A konverterek gyakorlati alkalmazásai
Az MP3-k és CD-k digitális formátumban tárolják az audio jeleket. Ez azt jelenti, hogy a DAC-kat CD-lejátszókban és más digitális eszközökben használják, amelyek olyan hangokat adnak ki, mint a hangkártyák a számítógépekhez és a videojátékokhoz. Az analóg vonalas szintű kimenetet létrehozó DAC-k erősítőkben vagy akár USB-hangszórókban is használhatók.
A DAC-k ezen alkalmazásai általában állandó bemeneti feszültségre vagy áramra támaszkodnak a kimeneti feszültség létrehozásához és a digitális-analóg átalakító működéséhez. A DAC-k szorzása változó bemeneti feszültséget vagy áramforrást használhat, de vannak korlátozásai az általuk használt sávszélességre vonatkozóan.
