Come funziona un convertitore da digitale ad analogico?

L'elettronica e le apparecchiature che utilizzi nella vita di tutti i giorni devono trasformare i dati e le sorgenti di input in altri formati. Per le apparecchiature audio digitali, il modo in cui un file MP3 produce il suono si basa sulla conversione tra formati di dati analogici e digitali. Questi convertitori digitale-analogico (DAC) accettano dati digitali in ingresso e li convertono in segnali audio analogici per questi scopi.

Il suono prodotto da queste apparecchiature audio è la forma analogica dei dati di ingresso digitali. Questi convertitori consentono di convertire l'audio da un formato digitale, un tipo di audio facile da usare che computer e altri dispositivi elettronici, in un formato analogico, fatto di variazioni della pressione dell'aria che producono suono stesso.

I DAC prendono un numero binario della forma digitale dell'audio e lo trasformano in una tensione o corrente analogica che, se fatto interamente nel corso di una canzone, può creare un'ondata di audio che rappresenta il segnale digitale. Crea la versione analogica dell'audio digitale in "passi" di ogni lettura digitale.

Prima di creare l'audio, il DAC crea un'onda a gradini. Questa è un'onda in cui c'è un piccolo "salto" tra ogni lettura digitale. Per convertire questi salti in una lettura analogica fluida e continua, i DAC utilizzano l'interpolazione. Questo è un metodo per guardare due punti uno accanto all'altro sull'onda del gradino della scala e determinare i valori tra di essi.

Questo rende il suono morbido e meno distorto. I DAC emettono queste tensioni che si sono uniformate in una forma d'onda continua. A differenza del DAC, un microfono che capta i segnali audio utilizza un convertitore analogico-digitale (ADC) per creare un segnale digitale.

Mentre un DAC converte un segnale binario digitale in uno analogico come la tensione, un ADC fa il contrario. Prende una sorgente analogica e la converte in digitale. Usati insieme, per un DAC, il convertitore e un convertitore ADC possono costituire gran parte della tecnologia di ingegneria e registrazione audio. Il modo in cui vengono utilizzati entrambi rende le applicazioni nella tecnologia di comunicazione che puoi conoscere attraverso un tutorial ADC e DAC.

Allo stesso modo in cui un traduttore può trasformare le parole in altre parole tra lingue, ADC e DAC lavorano insieme per consentire alle persone di comunicare su lunghe distanze. Quando chiami qualcuno al telefono, la tua voce viene convertita in un segnale elettrico analogico da un microfono.

Quindi, un ADC converte il segnale analogico in digitale. Le correnti digitali vengono inviate tramite pacchetti di rete e, quando raggiungono la destinazione, vengono riconvertite in un segnale elettrico analogico da un DAC.

Questi progetti devono tenere conto delle caratteristiche della comunicazione tramite ADC e DAC. Il numero di misurazioni che il DAC esegue in ogni secondo è la frequenza di campionamento o la frequenza di campionamento. Una frequenza di campionamento più elevata consente ai dispositivi di ottenere una maggiore precisione. Gli ingegneri devono anche creare apparecchiature con un numero elevato di bot che rappresentano il numero di passaggi utilizzati, come descritto sopra, per rappresentare la tensione in un determinato momento.

Maggiore è il numero di passaggi, maggiore è la risoluzione. È possibile determinare la risoluzione portando 2 alla potenza del numero di bit del DAC o dell'ADC che crea rispettivamente il segnale analogico o digitale. Per un ADC a 8 bit, la risoluzione sarebbe di 256 passaggi.

•••Syed Hussain Ather

Un convertitore DAC trasforma un binario in un valore di tensione. Questo valore è l'uscita di tensione come mostrato nel diagramma sopra. È possibile calcolare la tensione di uscita come

per le tensioniVattraverso ciascun attenuatore e la conduttanzaGdi ciascun attenuatore. Gli attenuatori fanno parte del processo di creazione del segnale analogico per ridurre la distorsione. Sono collegati in parallelo, quindi ogni singola conduttanza si riassume in questo modo attraverso questa formula di conversione da digitale ad analogico.

Puoi usareTeorema di Theveninmettere in relazione la resistenza di ciascun attenuatore con la sua conduttanza. IlResistenza alla venina​ ​è​

Il teorema di Thevenin afferma: "Qualsiasi circuito lineare contenente più tensioni e resistenze può essere sostituito da una sola tensione in serie con un'unica resistenza collegata attraverso il carico." Ciò consente di calcolare le quantità da un circuito complicato come se fosse un semplice uno.

Ricorda che puoi anche usareLegge di Ohm,​ ​V = IRper la tensioneV, attualeioe resistenzaRquando si tratta di questi circuiti e di qualsiasi formula di conversione da digitale ad analogico. Se conosci la resistenza di un convertitore DAC, puoi utilizzare un circuito con un convertitore DAC per misurare la tensione o la corrente di uscita.

Ci sono molti popolariArchitetture ADCcome registro di approssimazione successiva (SAR), Delta-Sigma (∆∑) e convertitori Pipeline. Il SAR trasforma un segnale analogico in ingresso in uno digitale "mantenendo" il segnale. Ciò significa cercare la forma d'onda analogica continua attraverso una ricerca binaria che esamina tutti i possibili livelli di quantizzazione prima di trovare un'uscita digitale per ogni conversione.

​Quantizzazioneè un metodo per mappare un ampio insieme di valori di input da una forma d'onda continua a valori di output che sono meno numerosi. Gli ADC SAR sono generalmente facili da usare con un consumo energetico inferiore e un'elevata precisione.

​Design Delta-Sigmatrovare la media del campione nel tempo che utilizza come segnale digitale di ingresso. La media sulla differenza di tempo del segnale stesso è rappresentata utilizzando i simboli greci delta (∆) e sigma (∑), da cui prende il nome. Questo metodo di ADC ha un'alta risoluzione e un'elevata stabilità con un basso consumo energetico e costi.

Finalmente,Convertitori di gasdottiusa due stadi che lo "mantengono" come i metodi SAR e inviano il segnale attraverso vari passaggi come ADC flash e attenuatori. Un ADC flash confronta ogni segnale di tensione in ingresso su un piccolo campione di tempo con una tensione di riferimento per creare un'uscita digitale binaria. I segnali della pipeline sono generalmente a larghezze di banda più elevate, ma con una risoluzione inferiore e richiedono più potenza per funzionare.

Un design DAC ampiamente utilizzato è ilRete R-2R. Questo utilizza due valori di resistori con uno due volte più grande dell'altro. Ciò consente all'R-2R di scalare facilmente come metodo di utilizzo dei resistori per attenuare e trasformare il segnale digitale in ingresso e far funzionare il convertitore da digitale ad analogico.

UNresistore pesato binarioè un altro esempio comune di DAC. Questi dispositivi utilizzano resistori con uscite che si incontrano al singolo resistore che somma le resistenze. Le parti più significative della corrente digitale in ingresso forniranno una maggiore corrente in uscita. Più bit di questa risoluzione consentiranno il passaggio di più corrente.

MP3 e CD memorizzano i segnali audio in formati digitali. Ciò significa che i DAC sono utilizzati nei lettori CD e in altri dispositivi digitali che producono suoni come schede audio per computer e videogiochi. I DAC che creano un'uscita analogica a livello di linea possono essere utilizzati in amplificatori o persino altoparlanti USB.

Queste applicazioni di DAC si basano in genere su una tensione o una corrente di ingresso costante per creare la tensione di uscita e far funzionare il convertitore da digitale ad analogico. I DAC moltiplicatori possono utilizzare diverse sorgenti di tensione o corrente in ingresso, ma hanno vincoli sulla larghezza di banda che possono utilizzare.