Cum funcționează un convertor digital-analog?

Electronica și echipamentele pe care le folosiți în viața de zi cu zi trebuie să transforme datele și sursele de intrare în alte formate. Pentru echipamentele audio digitale, modul în care un fișier MP3 produce sunet se bazează pe conversia între formatele de date analogice și digitale. Acești convertoare digital-analog (DAC) preiau date digitale de intrare și le convertesc în semnale audio analogice în aceste scopuri.

Sunetul pe care îl produc aceste echipamente audio sunt forma analogică a datelor de intrare digitale. Acești convertoare permit conversia audio dintr-un format digital, un tip de audio ușor de utilizat care calculatoare și alte electronice, într-un format analogic, realizate din variații ale presiunii aerului care produc sunet în sine.

DAC-urile iau un număr binar al formei digitale a sunetului și îl transformă într-o tensiune sau curent analogic care, atunci când este realizat în întregime pe parcursul unei melodii, poate crea un val de sunet care reprezintă semnalul digital. Creează versiunea analogică a sunetului digital în „pași” ai fiecărei citiri digitale.

Înainte de a crea sunetul, DAC creează o undă de trepte. Acesta este un val în care există un mic „salt” între fiecare citire digitală. Pentru a converti aceste salturi într-o citire analogică continuă și lină, DAC utilizează interpolare. Aceasta este o metodă de a privi două puncte unul lângă celălalt pe valul treptelor scării și de a determina valorile dintre ele.

Acest lucru face ca sunetul să fie neted și mai puțin distorsionat. DAC-urile emit aceste tensiuni care s-au netezit într-o formă de undă continuă. Spre deosebire de DAC, un microfon care preia semnalele audio utilizează un convertor analog-digital (ADC) pentru a crea un semnal digital.

În timp ce un DAC convertește un semnal digital binar într-un analog, cum ar fi tensiunea, un ADC face invers. Acesta ia o sursă analogică și o convertește în una digitală. Utilizat împreună, pentru un DAC, convertorul și un convertor ADC pot constitui o mare parte din tehnologia de inginerie și înregistrare audio. Modul în care sunt utilizate ambele face pentru aplicații în tehnologia comunicației despre care puteți afla prin intermediul unui tutorial ADC și DAC.

În același mod în care un traducător poate transforma cuvintele în alte cuvinte între limbi, ADC-urile și DAC-urile lucrează împreună pentru a permite oamenilor să comunice pe distanțe mari. Când suni pe cineva prin telefon, vocea ta este convertită într-un semnal electric analogic de către un microfon.

Apoi, un ADC convertește semnalul analogic într-unul digital. Curenții digitali sunt trimiși prin pachete de rețea și, când ajung la destinație, sunt convertiți înapoi într-un semnal electric analogic de către un DAC.

Aceste modele trebuie să țină seama de caracteristicile comunicării prin ADC și DAC. Numărul de măsurători efectuate de DAC la fiecare secundă este rata de eșantionare sau frecvența de eșantionare. O rată de eșantionare mai mare permite dispozitivelor să obțină o precizie mai mare. Inginerii trebuie, de asemenea, să creeze echipamente cu un număr mare de roboți care reprezintă numărul de pași utilizați, așa cum este descris mai sus, pentru a reprezenta tensiunea la un moment dat în timp.

Cu cât sunt mai mulți pași, cu atât rezoluția este mai mare. Puteți determina rezoluția luând 2 la puterea numărului de biți ai DAC sau ADC care creează semnalul analogic sau respectiv digital. Pentru un ADC pe 8 biți, rezoluția ar fi de 256 de pași.

•••Syed Hussain Ather

Un convertor DAC transformă un binar într-o valoare de tensiune. Această valoare este tensiunea de ieșire, așa cum se vede în diagrama de mai sus. Puteți calcula tensiunea de ieșire ca

pentru tensiuniVpeste fiecare atenuator și conductanțăGa fiecărui atenuator. Atenuatoarele fac parte din procesul de creare a semnalului analogic pentru a reduce distorsiunea. Sunt conectate în paralel, astfel încât fiecare conductanță individuală se rezumă în acest fel prin intermediul acestei formule de convertor digital în analog.

Poți să foloseștiTeorema lui Theveninsă raporteze rezistența fiecărui atenuator la conductanța sa.Rezistența Thevenin​ ​este​

Teorema lui Thevenin afirmă: „Orice circuit liniar care conține mai multe tensiuni și rezistențe poate fi înlocuit cu o singură tensiune în serie cu o singură rezistență conectată peste sarcină. "Acest lucru vă permite să calculați cantitățile dintr-un circuit complicat ca și cum ar fi un simplu unu.

Amintiți-vă că puteți utiliza, de asemeneaLegea lui Ohm,​ ​V = IRpentru tensiuneV, actualEuși rezistențăRatunci când aveți de-a face cu aceste circuite și orice formulă de convertor digital în analog. Dacă cunoașteți rezistența unui convertor DAC, puteți utiliza un circuit cu un convertor DAC în el pentru a măsura tensiunea sau curentul de ieșire.

Sunt mulți populariArhitecturi ADCcum ar fi registrul de aproximare succesiv (SAR), convertoarele Delta-Sigma (∆∑) și Pipeline. SAR transformă un semnal analogic de intrare într-unul digital prin „menținerea” semnalului. Aceasta înseamnă căutarea formei de undă analogice continue printr-o căutare binară care analizează toate nivelurile de cuantificare posibile înainte de a găsi o ieșire digitală pentru fiecare conversie.

​Cuantizareeste o metodă de mapare a unui set mare de valori de intrare de la o formă de undă continuă la valori de ieșire care sunt mai puține în număr. ADC-urile SAR sunt, în general, ușor de utilizat, cu o putere redusă și o precizie ridicată.

​Proiecte Delta-Sigmagăsiți media eșantionului în timpul pe care îl folosește ca semnal digital de intrare. Media peste diferența de timp a semnalului în sine este reprezentată folosind simbolurile grecești delta (∆) și sigma (∑), dându-i numele. Această metodă de ADC are o rezoluție ridicată și o stabilitate ridicată, cu o utilizare și costuri reduse.

In cele din urma,Convertoare de conducteutilizați două etape care îl „țin” ca metodele SAR și trimit semnalul prin diferite etape, cum ar fi ADC-uri flash și atenuatoare. Un ADC flash compară fiecare semnal de tensiune de intrare pe un eșantion mic de timp cu o tensiune de referință pentru a crea o ieșire digitală binară. Semnalele de conducte sunt în general la lățimi de bandă mai mari, dar cu rezoluție mai mică și au nevoie de mai multă putere pentru a rula.

Un design DAC utilizat pe scară largă esteRețeaua R-2R. Aceasta folosește două valori ale rezistențelor cu una de două ori mai mare decât cealaltă. Aceasta permite scalarea R-2R cu ușurință ca metodă de utilizare a rezistențelor pentru a atenua și transforma semnalul digital de intrare și pentru a face ca convertorul digital la analog să funcționeze.

Arezistor binar ponderateste un alt exemplu comun de DAC. Aceste dispozitive folosesc rezistențe cu ieșiri care se întâlnesc la rezistorul unic care rezumă rezistențele. Părțile mai semnificative ale curentului digital de intrare vor da un curent de ieșire mai mare. Mai mulți biți ai acestei rezoluții vor permite să curgă mai mult curent.

MP3-urile și CD-urile stochează semnale audio în format digital. Aceasta înseamnă că DAC-urile sunt utilizate în CD playere și alte dispozitive digitale care produc sunete precum plăci de sunet pentru computere și jocuri video. DAC-urile care creează o ieșire analogică la nivel de linie pot fi utilizate în amplificatoare sau chiar în difuzoare USB.

Aceste aplicații ale DAC-urilor se bazează de obicei pe o tensiune sau curent constant de intrare pentru a crea tensiunea de ieșire și pentru a face ca convertorul digital la analog să funcționeze. Multiplicarea DAC-urilor poate utiliza surse variabile de tensiune de intrare sau curent, dar au constrângeri pe lățimea de bandă pe care o pot folosi.