Как работает цифро-аналоговый преобразователь?

Электроника и оборудование, которые вы используете в повседневной жизни, должны преобразовывать данные и источники ввода в другие форматы. Для цифрового аудиооборудования способ воспроизведения звука из файла MP3 зависит от преобразования данных из аналогового в цифровой формат. Эти цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) принимают входные цифровые данные и преобразуют их для этих целей в аналоговые аудиосигналы.

Звук, который производит это аудиооборудование, представляет собой аналоговую форму входных цифровых данных. Эти конвертеры позволяют преобразовывать аудио из цифрового формата, простого в использовании типа аудио, который компьютеров и другой электроники в аналоговом формате, созданного из колебаний давления воздуха, которые создают сам звук.

ЦАП принимают двоичное число цифровой формы звука и преобразуют его в аналоговое напряжение или ток, который, когда это делается полностью в течение песни, может создать звуковую волну, представляющую цифровой сигнал. Он создает аналоговую версию цифрового звука «шагами» каждого цифрового чтения.

Прежде чем создать звук, ЦАП создает ступенчатую волну. Это волна, в которой есть небольшой «скачок» между каждым цифровым считыванием. Чтобы преобразовать эти скачки в плавное, непрерывное аналоговое считывание, ЦАП используют интерполяцию. Это метод взгляда на две точки рядом друг с другом на волне ступенчатой ​​лестницы и определения значений между ними.

Это делает звук плавным и менее искаженным. ЦАП выводят эти напряжения, которые сглаживаются в непрерывную форму волны. В отличие от ЦАП, микрофон, который улавливает аудиосигналы, использует аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для создания цифрового сигнала.

В то время как ЦАП преобразует цифровой двоичный сигнал в аналоговый, такой как напряжение, АЦП делает обратное. Он берет аналоговый источник и преобразует его в цифровой. При совместном использовании для ЦАП преобразователь и преобразователь АЦП могут составлять значительную часть технологии аудиотехники и записи. То, как они оба используются, позволяет создавать приложения в коммуникационных технологиях, о которых вы можете узнать из учебника по АЦП и ЦАП.

Точно так же, как переводчик может преобразовывать слова в другие слова между языками, АЦП и ЦАП работают вместе, позволяя людям общаться на больших расстояниях. Когда вы звоните кому-нибудь по телефону, ваш голос с помощью микрофона преобразуется в аналоговый электрический сигнал.

Затем АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой. Цифровые токи отправляются через сетевые пакеты, и, когда они достигают места назначения, они преобразуются обратно в аналоговый электрический сигнал с помощью ЦАП.

Эти конструкции должны учитывать особенности связи через АЦП и ЦАП. Количество измерений, которые ЦАП выполняет каждую секунду, является частотой дискретизации или частотой дискретизации. Более высокая частота дискретизации позволяет устройствам достичь большей точности. Инженеры также должны создать оборудование с большим количеством ботов, которые представляют количество шагов, используемых, как описано выше, для представления напряжения в данный момент времени.

Чем больше шагов, тем выше разрешение. Вы можете определить разрешение, взяв 2 в степени числа битов ЦАП или АЦП, которые создают аналоговый или цифровой сигнал соответственно. Для 8-битного АЦП разрешение будет 256 шагов.

•••Сайед Хуссейн Атер

Преобразователь ЦАП преобразует двоичное значение в значение напряжения. Это значение представляет собой выходное напряжение, как показано на диаграмме выше. Вы можете рассчитать выходное напряжение как

для напряженийVчерез каждый аттенюатор и проводимостьграммкаждого аттенюатора. Аттенюаторы являются частью процесса создания аналогового сигнала для уменьшения искажений. Они подключены параллельно, поэтому каждая отдельная проводимость суммируется с помощью этой формулы цифро-аналогового преобразователя.

Ты можешь использоватьТеорема Тевениначтобы связать сопротивление каждого аттенюатора с его проводимостью. ВТевениновое сопротивление​ ​является​

Теорема Тевенина гласит: «Любая линейная цепь, содержащая несколько напряжений и сопротивлений, может быть заменена только одним последовательным напряжением. с одним сопротивлением, подключенным к нагрузке ». Это позволяет вычислять величины из сложной цепи, как если бы это была простая один.

Помните, что вы также можете использоватьЗакон Ома,​ ​V = ИКдля напряженияV, Текущийяи сопротивлениерпри работе с этими схемами и любой формулой цифро-аналогового преобразователя. Если вам известно сопротивление преобразователя ЦАП, вы можете использовать схему с преобразователем ЦАП для измерения выходного напряжения или тока.

Есть много популярныхАрхитектуры АЦПтакие как регистр последовательного приближения (SAR), дельта-сигма (∆∑) и конвейерные преобразователи. SAR превращает входной аналоговый сигнал в цифровой, «удерживая» сигнал. Это означает поиск непрерывного аналогового сигнала с помощью двоичного поиска, который просматривает все возможные уровни квантования, прежде чем найти цифровой выход для каждого преобразования.

​Квантование- это метод сопоставления большого набора входных значений непрерывной формы сигнала с меньшим количеством выходных значений. АЦП последовательного приближения обычно просты в использовании, они потребляют меньше энергии и имеют высокую точность.

​Дельта-сигма конструкциинайти среднее значение выборки за время, которое она использует в качестве входного цифрового сигнала. Среднее значение разницы во времени самого сигнала представлено с помощью греческих символов дельта (∆) и сигма (∑), что дало ему название. Этот метод АЦП имеет высокое разрешение и высокую стабильность при низком потреблении энергии и стоимости.

Ну наконец то,Конвертеры трубопроводовиспользуйте два этапа, которые «удерживают» его, как методы SAR, и отправляют сигнал через различные этапы, такие как флэш-АЦП и аттенюаторы. Флэш-АЦП сравнивает каждый сигнал входного напряжения за небольшой промежуток времени с опорным напряжением для создания двоичного цифрового выхода. Сигналы конвейера обычно имеют более высокую полосу пропускания, но с более низким разрешением и требуют большей мощности для работы.

Одна из широко используемых схем ЦАП - этоСеть Р-2Р. Здесь используются резисторы двух номиналов, один из которых в два раза больше другого. Это позволяет легко масштабировать R-2R как метод использования резисторов для ослабления и преобразования входного цифрового сигнала и обеспечения работы цифро-аналогового преобразователя.

Адвоично-взвешенный резистореще один распространенный пример ЦАП. В этих устройствах используются резисторы с выходами, которые встречаются на единственном резисторе, который суммирует сопротивления. Более значимые части входного цифрового тока дают больший выходной ток. Больше бит этого разрешения позволит протекать большему току.

MP3 и компакт-диски хранят аудиосигналы в цифровых форматах. Это означает, что ЦАП используются в проигрывателях компакт-дисков и других цифровых устройствах, которые воспроизводят звуки, похожие на звуковые карты для компьютеров и видеоигр. ЦАП, которые создают аналоговый линейный выход, могут использоваться в усилителях или даже USB-динамиках.

Эти применения ЦАП обычно полагаются на постоянное входное напряжение или ток для создания выходного напряжения и обеспечения работы цифро-аналогового преобразователя. Умножающие ЦАП могут использовать различные источники входного напряжения или тока, но у них есть ограничения на полосу пропускания, которую они могут использовать.