Como funciona um conversor digital para analógico?

Os eletrônicos e equipamentos que você usa no dia a dia precisam transformar dados e fontes de entrada em outros formatos. Para equipamento de áudio digital, a maneira como um arquivo MP3 produz som depende da conversão entre os formatos de dados analógico e digital. Esses conversores digital para analógico (DACs) pegam dados digitais de entrada e os convertem em sinais de áudio analógico para esses fins.

O som que esses equipamentos de áudio produzem são a forma analógica de dados de entrada digital. Esses conversores permitem que o áudio seja convertido de um formato digital, um tipo de áudio fácil de usar que computadores e outros eletrônicos, em formato analógico, feitos de variações na pressão do ar que produzem soar em si.

Os DACs pegam um número binário da forma digital de áudio e o transforma em uma tensão ou corrente analógica que, quando feito inteiramente ao longo de uma música, pode criar uma onda de áudio que representa o sinal digital. Ele cria a versão analógica do áudio digital em "etapas" de cada leitura digital.

Antes de criar o áudio, o DAC cria uma onda em escada. Esta é uma onda em que existe um pequeno “salto” entre cada leitura digital. Para converter esses saltos em uma leitura analógica contínua e suave, os DACs usam interpolação. Este é um método de olhar para dois pontos próximos um do outro na onda da escada e determinar os valores entre eles.

Isso torna o som suave e menos distorcido. Os DACs geram essas tensões que se suavizaram em uma forma de onda contínua. Em contraste com o DAC, um microfone que capta sinais de áudio usa um conversor analógico para digital (ADC) para criar um sinal digital.

Enquanto um DAC converte um sinal digital binário em analógico, como voltagem, um ADC faz o inverso. Ele pega uma fonte analógica e a converte em digital. Usados ​​juntos, para um DAC, o conversor e um conversor ADC podem compor uma grande parte da tecnologia de engenharia e gravação de áudio. A maneira como os dois são usados ​​contribui para aplicativos em tecnologia de comunicação que você pode aprender por meio de um tutorial ADC e DAC.

Da mesma forma que um tradutor pode transformar palavras em outras palavras entre idiomas, ADCs e DACs trabalham juntos para permitir que as pessoas se comuniquem a longas distâncias. Quando você liga para alguém pelo telefone, sua voz é convertida em um sinal elétrico analógico por um microfone.

Em seguida, um ADC converte o sinal analógico em digital. As correntes digitais são enviadas por meio de pacotes de rede e, quando chegam ao destino, são convertidas de volta em um sinal elétrico analógico por um DAC.

Esses designs devem levar em consideração os recursos de comunicação por meio de ADCs e DACs. O número de medições que o DAC realiza a cada segundo é a taxa de amostragem ou frequência de amostragem. Uma taxa de amostragem maior permite que os dispositivos alcancem maior precisão. Os engenheiros também devem criar equipamentos com um grande número de bots que representam o número de etapas usadas, conforme descrito acima, para representar a tensão em um determinado ponto no tempo.

Quanto mais etapas, maior será a resolução. Você pode determinar a resolução levando 2 à potência do número de bits do DAC ou ADC que cria o sinal analógico ou digital, respectivamente. Para um ADC de 8 bits, a resolução seria de 256 etapas.

•••Syed Hussain Ather

Um conversor DAC transforma um binário em um valor de tensão. Este valor é a tensão de saída conforme visto no diagrama acima. Você pode calcular a tensão de saída como

para as tensõesVem cada atenuador e a condutânciaGde cada atenuador. Os atenuadores são parte do processo de criação do sinal analógico para reduzir a distorção. Eles estão conectados em paralelo, de modo que cada condutância individual é resumida dessa forma por meio da fórmula do conversor digital para analógico.

Você pode usarTeorema de Theveninrelacionar a resistência de cada atenuador à sua condutância. OResistência de Thévenin​ ​é​

O teorema de Thevenin afirma: "Qualquer circuito linear contendo várias tensões e resistências pode ser substituído por apenas uma única tensão em série com uma única resistência conectada à carga. "Isso permite calcular as quantidades de um circuito complicado como se fosse um simples 1.

Lembre-se de que você também pode usarLei de Ohm,​ ​V = IRpara voltagemV, atualeue resistênciaRao lidar com esses circuitos e qualquer fórmula de conversor digital para analógico. Se você conhece a resistência de um conversor DAC, pode usar um circuito com um conversor DAC para medir a tensão ou corrente de saída.

Existem muitos popularesArquiteturas ADCcomo registrador de aproximação sucessiva (SAR), Delta-Sigma (∆∑) e conversores Pipeline. O SAR transforma um sinal analógico de entrada em digital ao "reter" o sinal. Isso significa pesquisar a forma de onda analógica contínua por meio de uma pesquisa binária que examina todos os níveis de quantização possíveis antes de encontrar uma saída digital para cada conversão.

​Quantizaçãoé um método de mapear um grande conjunto de valores de entrada de uma forma de onda contínua para valores de saída que são em menor número. Os ADCs SAR são geralmente fáceis de usar, com baixo consumo de energia e alta precisão.

​Projetos Delta-Sigmaencontre a média da amostra ao longo do tempo que ela usa como sinal digital de entrada. A média sobre a diferença de tempo do próprio sinal é representada pelos símbolos gregos delta (∆) e sigma (∑), dando a ele seu nome. Este método de ADCs tem alta resolução e alta estabilidade com baixo consumo de energia e baixo custo.

Finalmente,Conversores de pipelineuse dois estágios que os "retêm" como os métodos SAR e enviam o sinal por meio de várias etapas, como ADCs flash e atenuadores. Um flash ADC compara cada sinal de tensão de entrada em uma pequena amostra de tempo com uma tensão de referência para criar uma saída digital binária. Os sinais do pipeline geralmente estão em larguras de banda maiores, mas com resolução mais baixa e precisam de mais energia para funcionar.

Um projeto DAC amplamente utilizado é oRede R-2R. Isso usa dois valores de resistores com um duas vezes maior que o outro. Isso permite que R-2R seja escalonado facilmente como um método de usar resistores para atenuar e transformar o sinal digital de entrada e fazer o conversor digital para analógico funcionar.

UMAresistor de peso binárioé outro exemplo comum de DAC. Esses dispositivos usam resistores com saídas que se encontram no único resistor que soma as resistências. As partes mais significativas da corrente digital de entrada proporcionarão maior corrente de saída. Mais bits desta resolução permitirão que mais corrente flua.

MP3s e CDs armazenam sinais de áudio em formatos digitais. Isso significa que os DACs são usados ​​em CD players e outros dispositivos digitais que produzem sons como placas de som para computadores e videogames. Os DACs que criam saída de nível de linha analógica podem ser usados ​​em amplificadores ou até mesmo em alto-falantes USB.

Essas aplicações de DACs normalmente dependem de uma tensão ou corrente de entrada constante para criar a tensão de saída e fazer o conversor digital para analógico funcionar. Multiplicar DACs pode usar diferentes fontes de tensão ou corrente de entrada, mas eles têm restrições na largura de banda que podem usar.