Jak działa konwerter cyfrowo-analogowy?

Elektronika i sprzęt, którego używasz w codziennym życiu, muszą przekształcać dane i źródła wejściowe na inne formaty. W przypadku cyfrowego sprzętu audio sposób, w jaki plik MP3 generuje dźwięk, opiera się na konwersji między formatami analogowymi i cyfrowymi danych. Te przetworniki cyfrowo-analogowe (DAC) pobierają wejściowe dane cyfrowe i przekształcają je w analogowe sygnały audio w tych celach.

Dźwięk wytwarzany przez te urządzenia audio jest analogową formą cyfrowych danych wejściowych. Te konwertery umożliwiają konwersję dźwięku z formatu cyfrowego, łatwego w użyciu rodzaju dźwięku, który komputery i inne urządzenia elektroniczne, do formatu analogowego, wykonane ze zmian ciśnienia powietrza, które wytwarzają sam dźwięk.

Przetworniki cyfrowo-analogowe przyjmują binarną liczbę cyfrowej postaci dźwięku i zamieniają ją w analogowe napięcie lub prąd, które, gdy zostanie to wykonane w całości w trakcie utworu, może stworzyć falę audio, która reprezentuje sygnał cyfrowy. Tworzy analogową wersję dźwięku cyfrowego w „krokach” każdego odczytu cyfrowego.

Przed utworzeniem dźwięku przetwornik cyfrowo-analogowy tworzy falę schodkową. Jest to fala, w której pomiędzy każdym odczytem cyfrowym następuje mały „przeskok”. Aby przekształcić te skoki w płynny, ciągły odczyt analogowy, przetworniki cyfrowo-analogowe używają interpolacji. Jest to metoda patrzenia na dwa punkty obok siebie na fali stopnia schodowego i określania wartości pomiędzy nimi.

Dzięki temu dźwięk jest gładki i mniej zniekształcony. Przetworniki cyfrowo-analogowe wyprowadzają te napięcia, które zostały wygładzone w ciągły kształt fali. W przeciwieństwie do przetwornika cyfrowo-analogowego mikrofon odbierający sygnały audio wykorzystuje przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) do tworzenia sygnału cyfrowego.

Podczas gdy DAC konwertuje cyfrowy sygnał binarny na analogowy, taki jak napięcie, ADC robi odwrotnie. Pobiera źródło analogowe i konwertuje je na cyfrowe. Używane razem, w przypadku przetwornika cyfrowo-analogowego, przetwornik i przetwornik ADC mogą stanowić dużą część technologii inżynierii dźwięku i nagrywania. Sposób, w jaki oba są używane, sprawia, że ​​aplikacje w technologii komunikacyjnej można dowiedzieć się z samouczka ADC i DAC.

W ten sam sposób, w jaki tłumacz może zamieniać słowa w inne słowa między językami, przetworniki ADC i DAC współpracują ze sobą, umożliwiając ludziom komunikowanie się na duże odległości. Kiedy dzwonisz do kogoś przez telefon, Twój głos jest przekształcany przez mikrofon na analogowy sygnał elektryczny.

Następnie ADC zamienia sygnał analogowy na cyfrowy. Prądy cyfrowe są przesyłane przez pakiety sieciowe, a kiedy dotrą do miejsca przeznaczenia, są z powrotem konwertowane na analogowy sygnał elektryczny przez przetwornik cyfrowo-analogowy.

Projekty te muszą uwzględniać cechy komunikacji za pośrednictwem przetworników ADC i DAC. Liczba pomiarów wykonywanych przez przetwornik cyfrowo-analogowy w każdej sekundzie to częstotliwość próbkowania lub częstotliwość próbkowania. Wyższa częstotliwość próbkowania pozwala urządzeniom osiągnąć większą dokładność. Inżynierowie muszą również stworzyć sprzęt z dużą liczbą botów, które reprezentują liczbę kroków użytych, jak opisano powyżej, do reprezentowania napięcia w danym momencie.

Im więcej kroków, tym wyższa rozdzielczość. Możesz określić rozdzielczość, biorąc 2 do potęgi liczby bitów DAC lub ADC, które tworzą odpowiednio sygnał analogowy lub cyfrowy. W przypadku 8-bitowego przetwornika ADC rozdzielczość wynosiłaby 256 kroków.

•••Syed Hussain Ather

Konwerter DAC zamienia binarny na wartość napięcia. Ta wartość jest napięciem wyjściowym, jak widać na powyższym schemacie. Możesz obliczyć napięcie wyjściowe jako

dla napięćVw poprzek każdego tłumika i konduktancjisolkażdego tłumika. Tłumiki są częścią procesu tworzenia sygnału analogowego w celu zmniejszenia zniekształceń. Są one połączone równolegle, więc każda indywidualna przewodność sumuje się w ten sposób za pomocą tego wzoru konwertera cyfrowo-analogowego.

Możesz użyćTwierdzenie Theveninapowiązać rezystancję każdego tłumika z jego przewodnością.Odporność na Thevenin​ ​jest​

Twierdzenie Thevenina stwierdza: „Każdy obwód liniowy zawierający kilka napięć i rezystancji można zastąpić tylko jednym pojedynczym napięciem szeregowym z pojedynczym oporem połączonym w poprzek obciążenia”. Pozwala to obliczyć ilości ze skomplikowanego obwodu tak, jakby był prosty jeden.

Pamiętaj, że możesz również użyćPrawo Ohma,​ ​V = IRdla napięciaV, obecnyjai opórRw przypadku tych obwodów i dowolnej formuły konwertera cyfrowo-analogowego. Jeśli znasz rezystancję przetwornika DAC, możesz użyć obwodu z przetwornikiem DAC do pomiaru napięcia lub prądu wyjściowego.

Jest wiele popularnychArchitektury ADCtakie jak rejestr kolejnych aproksymacji (SAR), konwertery Delta-Sigma (∆∑) i Pipeline. SAR zamienia wejściowy sygnał analogowy na cyfrowy poprzez „podtrzymywanie” sygnału. Oznacza to przeszukiwanie ciągłego przebiegu analogowego poprzez wyszukiwanie binarne, które przeszukuje wszystkie możliwe poziomy kwantyzacji przed znalezieniem wyjścia cyfrowego dla każdej konwersji.

​Kwantyzacjato metoda mapowania dużego zestawu wartości wejściowych z ciągłego przebiegu na wartości wyjściowe, których liczba jest mniejsza. Przetworniki SAR ADC są na ogół łatwe w użyciu przy mniejszym zużyciu energii i wysokiej dokładności.

​Projekty Delta-Sigmaznajdź średnią próbki w czasie, który wykorzystuje jako wejściowy sygnał cyfrowy. Średnia z różnicy czasu samego sygnału jest reprezentowana za pomocą greckich symboli delta (∆) i sigma (∑), nadając jej nazwę. Ta metoda przetworników ADC charakteryzuje się wysoką rozdzielczością i wysoką stabilnością przy niskim zużyciu energii i niskim koszcie.

Wreszcie,Konwertery rurociągówużyj dwóch etapów, które "trzymają" go jak metody SAR i wysyłają sygnał przez różne etapy, takie jak flash ADC i tłumiki. Flash ADC porównuje każdy sygnał napięcia wejściowego w małej próbce czasu z napięciem odniesienia, tworząc binarne wyjście cyfrowe. Sygnały potoku mają zazwyczaj wyższe przepustowości, ale mają niższą rozdzielczość i wymagają większej mocy do działania.

Jednym z powszechnie stosowanych projektów DAC jestSieć R-2R. Wykorzystuje to dwie wartości rezystorów, z których jeden jest dwa razy większy od drugiego. Pozwala to na łatwe skalowanie R-2R jako metody wykorzystania rezystorów do tłumienia i przekształcania wejściowego sygnału cyfrowego i uzyskania pracy przetwornika cyfrowo-analogowego.

ZArezystor ważony binarnieto kolejny typowy przykład DAC. Urządzenia te wykorzystują rezystory z wyjściami, które spotykają się na pojedynczym rezystorze sumującym rezystancje. Bardziej znaczące części wejściowego prądu cyfrowego dadzą większy prąd wyjściowy. Więcej bitów tej rozdzielczości pozwoli na przepływ większej ilości prądu.

Pliki MP3 i CD przechowują sygnały audio w formatach cyfrowych. Oznacza to, że przetworniki cyfrowo-analogowe są używane w odtwarzaczach CD i innych urządzeniach cyfrowych, które wytwarzają dźwięki podobne do kart dźwiękowych do komputerów i gier wideo. Przetworniki cyfrowo-analogowe, które tworzą analogowe wyjście liniowe, mogą być używane we wzmacniaczach, a nawet głośnikach USB.

Te aplikacje przetworników cyfrowo-analogowych zwykle opierają się na stałym napięciu wejściowym lub prądzie w celu wytworzenia napięcia wyjściowego i uruchomienia przetwornika cyfrowo-analogowego. Mnożące przetworniki cyfrowo-analogowe mogą wykorzystywać różne źródła napięcia wejściowego lub prądu, ale mają ograniczenia dotyczące przepustowości, z której mogą korzystać.