Hvordan fungerer en digital til analog omformer?

Elektronikk og utstyr som du bruker i hverdagen din, trenger å transformere data og inngangskilder til andre formater. For digitalt lydutstyr er måten en MP3-fil produserer lyd på, avhengig av konvertering mellom analoge og digitale dataformater. Disse digital-til-analoge omformerne (DACer) tar digitale inngangsdata og konverterer dem til analoge lydsignaler for disse formålene.

Lyden som dette lydutstyret produserer er den analoge formen for digitale inngangsdata. Disse omformerne lar lyd konverteres fra et digitalt format, en brukervennlig lydtype som datamaskiner og annen elektronikk, til et analogt format, laget av variasjoner i lufttrykket som produserer lyden i seg selv.

DAC-er tar et binært tall av den digitale formen for lyd og gjør det til en analog spenning eller strøm som, når det er gjort i løpet av en sang, kan det skape en lydbølge som representerer det digitale signalet. Den oppretter den analoge versjonen av digital lyd i "trinn" for hver digital lesing.

Før det skaper lyd, skaper DAC en trappetrinnsbølge. Dette er en bølge der det er et lite "hopp" mellom hver digitale avlesning. For å konvertere disse hoppene til en jevn, kontinuerlig analog lesing, bruker DAC interpolasjon. Dette er en metode for å se på to punkter ved siden av hverandre på trappetrinnsbølgen og bestemme verdiene mellom dem.

Dette gjør lyden jevn og mindre forvrengt. DAC sender ut disse spenningene som har glattet ut til en kontinuerlig bølgeform. I motsetning til DAC bruker en mikrofon som henter lydsignaler en analog-til-digital-omformer (ADC) for å skape et digitalt signal.

Mens en DAC konverterer et digitalt binært signal til et analogt som spenning, gjør en ADC det motsatte. Det tar en analog kilde og konverterer den til en digital. Brukt sammen, for en DAC, kan omformeren og en ADC-omformer utgjøre en stor del av teknologien innen lydteknikk og opptak. Måten de begge brukes på gjør applikasjoner i kommunikasjonsteknologi som du kan lære om gjennom en ADC- og DAC-opplæring.

På samme måte som en oversetter kan forvandle ord til andre ord mellom språk, fungerer ADC og DACs sammen for å la folk kommunisere over lange avstander. Når du ringer noen over telefonen, blir stemmen din omgjort til et analogt elektrisk signal av en mikrofon.

Deretter konverterer en ADC det analoge signalet til et digitalt signal. De digitale strømene sendes gjennom nettverkspakker, og når de når målet, blir de konvertert tilbake til et analogt elektrisk signal av en DAC.

Disse designene må ta hensyn til funksjonene i kommunikasjon gjennom ADC og DAC. Antall målinger DAC tar i hvert sekund er samplingsfrekvens eller samplingsfrekvens. En høyere samplingsfrekvens lar enhetene oppnå større nøyaktighet. Ingeniører må også lage utstyr med et stort antall roboter som representerer antall trinn som beskrevet ovenfor, for å representere spenningen på et gitt tidspunkt.

Jo flere trinn, jo høyere oppløsning. Du kan bestemme oppløsningen ved å ta 2 til kraften til antall bits i DAC eller ADC som skaper henholdsvis det analoge eller digitale signalet. For en 8-biters ADC vil oppløsningen være 256 trinn.

•••Syed Hussain Ather

En DAC-omformer gjør en binær til en spenningsverdi. Denne verdien er spenningsutgangen som vist i diagrammet ovenfor. Du kan beregne utgangsspenningen som

for spenningeneVover hver demper og konduktansenGav hver demper. Dempere er en del av prosessen med å lage det analoge signalet for å redusere forvrengning. De er koblet parallelt, slik at hver enkelt konduktans oppsummeres på denne måten gjennom denne digitale til analoge omformelformelen.

Du kan brukeThevenins teoremfor å relatere motstanden til hver demper til dens konduktans. DeThevenin motstand​ ​er​

Thevenins teorem sier: "Enhver lineær krets som inneholder flere spenninger og motstander kan erstattes av bare en enkelt spenning i serie med en enkelt motstand koblet over lasten. "Dette lar deg beregne mengder fra en komplisert krets som om det var enkelt en.

Husk at du også kan brukeOhms lov,​ ​V = IRfor spenningV, nåværendeJegog motstandRnår du arbeider med disse kretsene og hvilken som helst digital til analog omformerformel. Hvis du kjenner motstanden til en DAC-omformer, kan du bruke en krets med en DAC-omformer i den for å måle utgangsspenningen eller strømmen.

Det er mange populæreADC arkitekturersom suksessive tilnærmingsregister (SAR), Delta-Sigma (∆∑) og rørledningsomformere. SAR gjør et analogt inngangssignal til et digitalt signal ved å "holde" signalet. Dette betyr å søke i den kontinuerlige analoge bølgeformen gjennom et binært søk som ser gjennom alle mulige kvantiseringsnivåer før du finner en digital utgang for hver konvertering.

​Kvantiseringer en metode for å kartlegge et stort sett med inngangsverdier fra en kontinuerlig bølgeform til utgangsverdier som er færre i antall. SAR ADC er generelt enkle å bruke med lavere strømforbruk og høy nøyaktighet.

​Delta-Sigma designfinn gjennomsnittet av prøven over tiden den bruker som det digitale inngangssignalet. Gjennomsnittet over tidsforskjellen til selve signalet er representert ved hjelp av de greske symbolene delta (∆) og sigma (∑), og gir navnet sitt. Denne metoden for ADC har høy oppløsning og høy stabilitet med lav strømforbruk og kostnad.

Endelig,Rørledningsomformerebruk to trinn som "holder" det som SAR-metoder og sender signalet gjennom forskjellige trinn, for eksempel flash-ADC og dempere. En flash ADC sammenligner hvert inngangsspenningssignal over en liten prøveperiode med en referansespenning for å lage en binær digital utgang. Rørledningssignaler har vanligvis høyere båndbredde, men med lavere oppløsning og trenger mer kraft for å kjøre.

En mye brukt DAC-design erR-2R-nettverk. Dette bruker to motstandsverdier med en dobbelt så stor som den andre. Dette lar R-2R enkelt skaleres som en metode for å bruke motstander for å dempe og transformere det digitale inngangssignalet og få den digitale til analoge omformeren til å fungere.

ENbinærvektet motstander et annet vanlig eksempel på DAC. Disse enhetene bruker motstander med utganger som møtes på enkeltmotstanden som oppsummerer motstandene. De mer betydningsfulle delene av den digitale inngangen vil gi større utgangsstrøm. Flere biter av denne oppløsningen vil tillate at mer strøm strømmer gjennom.

MP3 og CD lagrer lydsignaler i digitale formater. Dette betyr at DAC-er brukes i CD-spillere og andre digitale enheter som produserer lyder som lydkort for datamaskiner og videospill. DAC-er som skaper analog linjeutgang, kan brukes i forsterkere eller til og med USB-høyttalere.

Disse applikasjonene av DAC er vanligvis avhengige av en konstant inngangsspenning eller strøm for å skape utgangsspenningen og få den digitale til analoge omformeren til å fungere. Multiplikasjon av DAC kan bruke varierende inngangsspenning eller strømkilder, men de har begrensninger for båndbredden de kan bruke.