Hoe werkt een digitaal naar analoog converter?

Elektronica en apparatuur die u in uw dagelijks leven gebruikt, moeten gegevens en invoerbronnen omzetten in andere formaten. Voor digitale audioapparatuur is de manier waarop een MP3-bestand geluid produceert afhankelijk van het converteren tussen analoge en digitale gegevensformaten. Deze digitaal-naar-analoogomzetters (DAC's) nemen digitale invoergegevens op en zetten deze voor deze doeleinden om in analoge audiosignalen.

Het geluid dat deze audioapparatuur produceert, is de analoge vorm van digitale invoergegevens. Met deze converters kan audio worden geconverteerd van een digitaal formaat, een gebruiksvriendelijk type audio dat computers en andere elektronica, naar een analoog formaat, gemaakt van variaties in luchtdruk die zelf klinken.

DAC's nemen een binair getal van de digitale vorm van audio en zetten het om in een analoge spanning of stroom die, wanneer het volledig in de loop van een nummer wordt gedaan, kan een golf van audio ontstaan ​​die het digitale signaal vertegenwoordigt. Het creëert de analoge versie van de digitale audio in "stappen" van elke digitale meting.

Voordat het de audio creëert, creëert de DAC een traptredegolf. Dit is een golf waarin er een kleine "sprong" is tussen elke digitale meting. Om deze sprongen om te zetten in een soepele, continue analoge uitlezing, gebruiken DAC's interpolatie. Dit is een methode om twee punten naast elkaar op de traptredegolf te bekijken en de waarden daartussen te bepalen.

Dit maakt het geluid vloeiend en minder vervormd. DAC's voeren deze spanningen uit die zijn afgevlakt tot een continue golfvorm. In tegenstelling tot DAC gebruikt een microfoon die audiosignalen oppikt een analoog-naar-digitaalomzetter (ADC) om een ​​digitaal signaal te creëren.

Terwijl een DAC een digitaal binair signaal omzet in een analoog signaal, zoals spanning, doet een ADC het omgekeerde. Het neemt een analoge bron en zet deze om in een digitale. Samen gebruikt, voor een DAC, kunnen de converter en een ADC-converter een groot deel van de technologie van audio-engineering en opname uitmaken. De manier waarop ze beide worden gebruikt, zorgt voor toepassingen in communicatietechnologie waarover u meer te weten kunt komen via een ADC- en DAC-zelfstudie.

Op dezelfde manier waarop een vertaler woorden omzet in andere woorden tussen talen, werken ADC's en DAC's samen om mensen over lange afstanden te laten communiceren. Wanneer u iemand belt via de telefoon, wordt uw stem door een microfoon omgezet in een analoog elektrisch signaal.

Vervolgens zet een ADC het analoge signaal om in een digitaal signaal. De digitale stromen worden via netwerkpakketten verzonden en wanneer ze de bestemming bereiken, worden ze door een DAC weer omgezet in een analoog elektrisch signaal.

Deze ontwerpen moeten rekening houden met de kenmerken van communicatie via ADC's en DAC's. Het aantal metingen dat de DAC elke seconde uitvoert, is de bemonsteringsfrequentie of bemonsteringsfrequentie. Dankzij een hogere samplefrequentie kunnen de apparaten een grotere nauwkeurigheid bereiken. Ingenieurs moeten ook apparatuur maken met een groot aantal bots die het aantal gebruikte stappen vertegenwoordigen, zoals hierboven beschreven, om de spanning op een bepaald moment weer te geven.

Hoe meer stappen, hoe hoger de resolutie. U kunt de resolutie bepalen door 2 te nemen tot de macht van het aantal bits van de DAC of ADC die respectievelijk het analoge of digitale signaal creëert. Voor een 8-bits ADC zou de resolutie 256 stappen zijn.

•••Syed Hussain Ather

Een DAC-converter verandert een binair getal in een spanningswaarde. Deze waarde is de uitgangsspanning zoals te zien is in het bovenstaande diagram. U kunt de uitgangsspanning berekenen als:

voor de spanningenVover elke verzwakker en de geleiding:Gvan elke verzwakker. De verzwakkers maken deel uit van het proces bij het creëren van het analoge signaal om vervorming te verminderen. Ze zijn parallel geschakeld, zodat elke individuele conductantie op deze manier wordt samengevat via deze digitaal-naar-analoog-omzetterformule.

Je kunt gebruikenThevenin's stellingom de weerstand van elke verzwakker te relateren aan zijn geleiding. DeThevenin weerstand​ ​is​

De stelling van Thevenin stelt: "Elk lineair circuit met meerdere spanningen en weerstanden kan worden vervangen door slechts één enkele spanning in serie met een enkele weerstand die over de belasting is aangesloten." Hiermee kunt u hoeveelheden uit een ingewikkeld circuit berekenen alsof het een eenvoudig circuit is een.

Onthoud dat je ook kunt gebruikenDe wet van Ohm,​ ​V = IRvoor spanning:V, actueeliken weerstandRbij het omgaan met deze circuits en elke digitaal-naar-analoog-omzetterformule. Als je de weerstand van een DAC-converter kent, kun je een circuit met daarin een DAC-converter gebruiken om de uitgangsspanning of -stroom te meten.

Er zijn veel populaireADC-architecturenzoals successive approach register (SAR), Delta-Sigma (∆∑) en Pipeline converters. De SAR verandert een analoog ingangssignaal in een digitaal signaal door het signaal "vast te houden". Dit betekent dat de continue analoge golfvorm wordt doorzocht via een binaire zoekopdracht die alle mogelijke kwantiseringsniveaus doorzoekt voordat voor elke conversie een digitale uitgang wordt gevonden.

​kwantificeringis een methode voor het in kaart brengen van een grote set invoerwaarden van een continue golfvorm naar uitvoerwaarden die minder in aantal zijn. De SAR ADC's zijn over het algemeen gebruiksvriendelijk met een lager stroomverbruik en hoge nauwkeurigheid.

​Delta-Sigma-ontwerpenvind het gemiddelde van het monster over de tijd die het gebruikt als het digitale ingangssignaal. Het gemiddelde over het tijdsverschil van het signaal zelf wordt weergegeven met de Griekse symbolen delta (∆) en sigma (∑), waardoor het zijn naam krijgt. Deze methode van ADC's heeft een hoge resolutie en hoge stabiliteit met een laag stroomverbruik en lage kosten.

Tenslotte,Pijpleidingconvertersgebruik twee fasen die het "vasthouden" zoals SAR-methoden en stuur het signaal door verschillende stappen, zoals flash-ADC's en verzwakkers. Een flash-ADC vergelijkt elk ingangsspanningssignaal gedurende een korte tijd met een referentiespanning om een ​​binaire digitale uitgang te creëren. Pijplijnsignalen hebben over het algemeen hogere bandbreedtes, maar met een lagere resolutie en hebben meer stroom nodig om te werken.

Een veelgebruikt DAC-ontwerp is deR-2R-netwerk. Dit gebruikt twee weerstandswaarden waarvan de ene twee keer zo groot is als de andere. Hierdoor kan R-2R gemakkelijk worden geschaald als een methode om weerstanden te gebruiken om het digitale ingangssignaal te verzwakken en te transformeren en de digitaal-naar-analoogomzetter te laten werken.

EENbinair gewogen weerstandis een ander veelvoorkomend voorbeeld van DAC. Deze apparaten gebruiken weerstanden met uitgangen die samenkomen bij de enkele weerstand die de weerstanden samenvat. De meer significante delen van de digitale ingangsstroom zullen een grotere uitgangsstroom geven. Meer bits van deze resolutie laten meer stroom door.

MP3's en cd's slaan audiosignalen op in digitale formaten. Dit betekent dat DAC's worden gebruikt in cd-spelers en andere digitale apparaten die geluiden produceren zoals geluidskaarten voor computers en videogames. DAC's die analoge output op lijnniveau creëren, kunnen worden gebruikt in versterkers of zelfs USB-luidsprekers.

Deze toepassingen van DAC's zijn meestal afhankelijk van een constante ingangsspanning of -stroom om de uitgangsspanning te creëren en de digitaal-naar-analoogomzetter te laten werken. Het vermenigvuldigen van DAC's kan verschillende ingangsspannings- of stroombronnen gebruiken, maar ze hebben beperkingen op de bandbreedte die ze kunnen gebruiken.