Hur fungerar en digital till analog omvandlare?

Elektronik och utrustning som du använder i din vardag behöver omvandla data och ingångskällor till andra format. För digital ljudutrustning är det sätt som en MP3-fil producerar ljud på att konvertera mellan analoga och digitala dataformat. Dessa digital-till-analoga omvandlare (DAC) tar digitala inmatade data och konverterar dem till analoga ljudsignaler för dessa ändamål.

Ljudet som denna ljudutrustning producerar är den analoga formen av digital ingångsdata. Dessa omvandlare låter ljud konverteras från ett digitalt format, en lättanvänd typ av ljud som datorer och annan elektronik, till ett analogt format, tillverkat av variationer i lufttrycket som producerar ljudet självt.

DAC: er tar ett binärt nummer av den digitala formen av ljud och förvandlar det till en analog spänning eller ström som, när det görs helt under låtens gång kan det skapa en ljudvåg som representerar den digitala signalen. Den skapar den analoga versionen av det digitala ljudet i "steg" för varje digital avläsning.

Innan den skapar ljudet skapar DAC en trappstegsvåg. Detta är en våg där det finns ett litet "hopp" mellan varje digital avläsning. För att konvertera dessa hopp till en jämn, kontinuerlig analog avläsning använder DAC interpolering. Detta är en metod för att titta på två punkter bredvid varandra på trappstegsvågen och bestämma värdena mellan dem.

Detta gör ljudet smidigt och mindre förvrängt. DAC: er matar ut dessa spänningar som har slätats ut till en kontinuerlig vågform. Till skillnad från DAC använder en mikrofon som hämtar ljudsignaler en analog-till-digital-omvandlare (ADC) för att skapa en digital signal.

Medan en DAC omvandlar en digital binär signal till en analog som spänning, gör en ADC det omvända. Det tar en analog källa och konverterar den till en digital. Används tillsammans, för en DAC, kan omvandlaren och en ADC-omvandlare utgöra en stor del av tekniken för ljudteknik och inspelning. Sättet de båda används gör för applikationer inom kommunikationsteknik som du kan lära dig mer genom en ADC- och DAC-handledning.

På samma sätt som en översättare kan förvandla ord till andra ord mellan språk, fungerar ADC och DAC tillsammans för att låta människor kommunicera över långa avstånd. När du ringer till någon via telefon omvandlas din röst till en analog elektrisk signal av en mikrofon.

Därefter omvandlar en ADC den analoga signalen till en digital signal. De digitala strömmarna skickas via nätverkspaket, och när de når destinationen konverteras de tillbaka till en analog elektrisk signal av en DAC.

Dessa konstruktioner måste ta hänsyn till funktionerna i att kommunicera via ADC och DAC. Antalet mätningar som DAC gör vid varje sekund är samplingsfrekvensen eller samplingsfrekvensen. En högre samplingsfrekvens gör att enheterna kan uppnå större noggrannhet. Ingenjörer måste också skapa utrustning med ett stort antal bots som representerar antalet steg som används, som beskrivs ovan, för att representera spänningen vid en given tidpunkt.

Ju fler steg, desto högre upplösning. Du kan bestämma upplösningen genom att ta 2 till effekten av antalet bitar i DAC eller ADC som skapar den analoga respektive digitala signalen. För en 8-bitars ADC skulle upplösningen vara 256 steg.

•••Syed Hussain Ather

En DAC-omvandlare förvandlar en binär till ett spänningsvärde. Detta värde är spänningsutgången som visas i diagrammet ovan. Du kan beräkna utspänningen som

för spänningarnaVöver varje dämpare och konduktansenGav varje dämpare. Dämparna är en del av processen för att skapa den analoga signalen för att minska distorsionen. De är anslutna parallellt så att varje enskild konduktans sammanfattas på detta sätt genom denna formel för digital till analog omvandlare.

Du kan användaThevenins teorematt relatera motståndet hos varje dämpare till dess konduktans. DeThevenin motstånd​ ​är​

Thevenins sats säger: "Alla linjära kretsar som innehåller flera spänningar och motstånd kan ersättas med bara en enda spänning i serie med ett enda motstånd anslutet över lasten. "Detta låter dig beräkna kvantiteter från en komplicerad krets som om det vore enkelt ett.

Kom ihåg att du också kan användaOhms lag,​ ​V = IRför spänningV, nuvarandeJagoch motståndRnär du hanterar dessa kretsar och någon formel för digital till analog omvandlare. Om du känner till motståndet hos en DAC-omvandlare kan du använda en krets med en DAC-omvandlare för att mäta utspänningen eller strömmen.

Det finns många populäraADC-arkitekturersåsom successivt approximationsregister (SAR), Delta-Sigma (∆∑) och Pipeline-omvandlare. SAR förvandlar en analog ingångssignal till en digital signal genom att "hålla" signalen. Detta innebär att man söker den kontinuerliga analoga vågformen genom en binär sökning som tittar igenom alla möjliga kvantiseringsnivåer innan man hittar en digital utgång för varje konvertering.

​Kvantiseringär en metod för att mappa en stor uppsättning ingångsvärden från en kontinuerlig vågform till utgångsvärden som är färre i antal. SAR ADC: erna är i allmänhet lätta att använda med lägre effektförbrukning och hög noggrannhet.

​Delta-Sigma designhitta genomsnittet av samplet under den tid det använder som den digitala ingångssignalen. Genomsnittet över tidsskillnaden för själva signalen representeras med hjälp av de grekiska symbolerna delta (∆) och sigma (,), vilket ger det dess namn. Denna metod för ADC har hög upplösning och hög stabilitet med låg energianvändning och låg kostnad.

Till sist,Rörledningsomvandlareanvänd två steg som "håller" det som SAR-metoder och skickar signalen genom olika steg, till exempel flash-ADC och dämpare. En blixt-ADC jämför varje ingångsspänningssignal över ett litet tidsspel med en referensspänning för att skapa en binär digital utgång. Rörledningssignaler har i allmänhet högre bandbredd, men med lägre upplösning och behöver mer kraft för att köra.

En allmänt använd DAC-design ärR-2R-nätverk. Detta använder två motståndsvärden med ett dubbelt så stort som det andra. Detta gör att R-2R enkelt kan skala som en metod för att använda motstånd för att dämpa och omvandla den digitala ingångssignalen och få den digitala till analoga omvandlaren att fungera.

Abinärt viktat motståndär ett annat vanligt exempel på DAC. Dessa enheter använder motstånd med utgångar som möts vid det enda motståndet som summerar motstånden. De viktigaste delarna av den digitala ingångsströmmen ger större utgångsström. Fler bitar av denna upplösning gör att mer ström kan strömma igenom.

MP3 och CD lagrar ljudsignaler i digitala format. Det betyder att DAC används i CD-spelare och andra digitala enheter som producerar ljud som ljudkort för datorer och videospel. DAC: er som skapar analog utgång på linjenivå kan användas i förstärkare eller till och med USB-högtalare.

Dessa applikationer av DAC är vanligtvis beroende av en konstant ingångsspänning eller ström för att skapa utspänningen och få den digitala till analoga omvandlaren att fungera. Att multiplicera DAC kan använda olika ingångsspänningar eller strömkällor, men de har begränsningar för bandbredden de kan använda.