ตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อกทำงานอย่างไร

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ที่คุณใช้ในชีวิตประจำวันจำเป็นต้องแปลงข้อมูลและแหล่งข้อมูลเข้าเป็นรูปแบบอื่น สำหรับอุปกรณ์เสียงดิจิทัล วิธีที่ไฟล์ MP3 สร้างเสียงจะขึ้นอยู่กับการแปลงข้อมูลระหว่างรูปแบบแอนะล็อกและดิจิทัล ตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก (DAC) เหล่านี้รับข้อมูลดิจิทัลอินพุตและแปลงเป็นสัญญาณเสียงแอนะล็อกเพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้

เสียงที่อุปกรณ์เครื่องเสียงเหล่านี้ผลิตขึ้นคือรูปแบบอนาล็อกของข้อมูลอินพุตดิจิตอล ตัวแปลงเหล่านี้ให้แปลงเสียงจากรูปแบบดิจิทัล ซึ่งเป็นประเภทเสียงที่ใช้งานง่ายซึ่ง คอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ให้อยู่ในรูปแบบแอนะล็อก ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของความดันอากาศที่ก่อให้เกิด เสียงตัวเอง

DAC ใช้เลขฐานสองของรูปแบบเสียงดิจิทัลและเปลี่ยนเป็นแรงดันแอนะล็อกหรือกระแสที่ เมื่อทำทั้งหมดตลอดทั้งเพลง สามารถสร้างคลื่นเสียงที่แสดงถึงสัญญาณดิจิทัลได้ จะสร้างเวอร์ชันอนาล็อกของเสียงดิจิทัลใน "ขั้นตอน" ของการอ่านดิจิทัลแต่ละครั้ง

ก่อนที่จะสร้างเสียง DAC จะสร้างคลื่นขั้นบันได นี่คือคลื่นที่มีการ "กระโดด" เล็กน้อยระหว่างการอ่านดิจิทัลแต่ละครั้ง ในการแปลงการข้ามเหล่านี้เป็นการอ่านแบบอะนาล็อกที่ต่อเนื่องและราบรื่น DAC จะใช้การแก้ไข นี่เป็นวิธีการดูจุดสองจุดที่อยู่ติดกันบนคลื่นขั้นบันไดและกำหนดค่าระหว่างจุดทั้งสอง

ทำให้เสียงมีความนุ่มนวลและบิดเบี้ยวน้อยลง DAC จะส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ที่ปรับให้เรียบเป็นรูปคลื่นต่อเนื่อง ตรงกันข้ามกับ DAC ไมโครโฟนที่รับสัญญาณเสียงจะใช้ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) เพื่อสร้างสัญญาณดิจิทัล

ในขณะที่ DAC แปลงสัญญาณไบนารีดิจิตอลเป็นสัญญาณแอนะล็อก เช่น แรงดันไฟฟ้า ADC จะกลับด้าน ใช้แหล่งสัญญาณแอนะล็อกและแปลงเป็นดิจิทัล เมื่อใช้ร่วมกับ DAC ตัวแปลงและตัวแปลง ADC สามารถประกอบขึ้นเป็นเทคโนโลยีส่วนใหญ่ของวิศวกรรมเสียงและการบันทึกเสียง วิธีที่ทั้งสองใช้สร้างแอปพลิเคชันในเทคโนโลยีการสื่อสารที่คุณสามารถเรียนรู้ผ่านบทช่วยสอน ADC และ DAC

เช่นเดียวกับที่นักแปลอาจแปลงคำเป็นคำอื่นๆ ระหว่างภาษา ADC และ DAC ทำงานร่วมกันเพื่อให้ผู้คนสื่อสารกันในระยะทางไกล เมื่อคุณโทรหาใครบางคนทางโทรศัพท์ เสียงของคุณจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าแบบแอนะล็อกด้วยไมโครโฟน

จากนั้น ADC จะแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัล กระแสดิจิตอลจะถูกส่งผ่านแพ็กเก็ตเครือข่าย และเมื่อไปถึงปลายทาง กระแสไฟจะถูกแปลงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้าแอนะล็อกโดย DAC

การออกแบบเหล่านี้ต้องคำนึงถึงคุณลักษณะของการสื่อสารผ่าน ADC และ DAC จำนวนการวัดที่ DAC ใช้ในแต่ละวินาทีคืออัตราการสุ่มตัวอย่างหรือความถี่ในการสุ่มตัวอย่าง อัตราตัวอย่างที่สูงขึ้นทำให้อุปกรณ์มีความแม่นยำมากขึ้น วิศวกรยังต้องสร้างอุปกรณ์ที่มีบอทจำนวนมากซึ่งแสดงจำนวนขั้นตอนที่ใช้ตามที่อธิบายไว้ข้างต้นเพื่อแสดงแรงดันไฟฟ้า ณ จุดที่กำหนดในเวลา

ยิ่งขั้นตอนมาก ความละเอียดยิ่งสูง คุณสามารถกำหนดความละเอียดได้โดยการเอา 2 ยกกำลังของจำนวนบิตของ DAC หรือ ADC ที่สร้างสัญญาณแอนะล็อกหรือดิจิทัลตามลำดับ สำหรับ ADC 8 บิต ความละเอียดจะเป็น 256 ขั้นตอน

•••Syed Hussain Ather A

ตัวแปลง DAC เปลี่ยนไบนารีเป็นค่าแรงดันไฟฟ้า ค่านี้คือแรงดันเอาต์พุตตามที่แสดงในแผนภาพด้านบน คุณสามารถคำนวณแรงดันขาออกเป็น

สำหรับแรงดันไฟฟ้าวีข้ามแต่ละ attenuator และ conductanceGของตัวลดทอนแต่ละตัว ตัวลดทอนเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการสร้างสัญญาณอนาล็อกเพื่อลดความผิดเพี้ยน พวกมันเชื่อมต่อแบบขนาน ดังนั้นค่าการนำไฟฟ้าแต่ละตัวจึงสรุปด้วยวิธีนี้ผ่านสูตรตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก

คุณสามารถใช้ได้ทฤษฎีบทของเทเวนินเพื่อเชื่อมโยงความต้านทานของตัวลดทอนแต่ละตัวกับค่าการนำไฟฟ้า ดิความต้านทานเทเวนิน​ ​คือ​

ทฤษฎีบทของ Thevenin กล่าวว่า "วงจรเชิงเส้นใด ๆ ที่มีแรงดันไฟฟ้าและความต้านทานหลายตัวสามารถแทนที่ด้วยแรงดันไฟฟ้าเดียวในอนุกรม ด้วยความต้านทานเดี่ยวที่เชื่อมต่อข้ามโหลด" สิ่งนี้ช่วยให้คุณคำนวณปริมาณจากวงจรที่ซับซ้อนราวกับว่ามันเป็นวงจรธรรมดา หนึ่ง.

จำไว้ว่าคุณยังสามารถใช้กฎของโอห์ม,​ ​วี = IRสำหรับแรงดันไฟฟ้าวี, ปัจจุบันผมและแนวต้านRเมื่อจัดการกับวงจรเหล่านี้และสูตรตัวแปลงดิจิทัลเป็นอนาล็อก หากคุณทราบความต้านทานของคอนเวอร์เตอร์ DAC คุณสามารถใช้วงจรที่มีคอนเวอร์เตอร์ DAC เพื่อวัดแรงดันไฟขาออกหรือกระแสไฟได้

เป็นที่นิยมมากมายสถาปัตยกรรม ADCเช่นการลงทะเบียนการประมาณต่อเนื่อง (SAR), Delta-Sigma (∆∑) และตัวแปลงไปป์ไลน์ SAR เปลี่ยนสัญญาณอนาล็อกอินพุตเป็นสัญญาณดิจิตอลโดย "ถือ" สัญญาณ นี่หมายถึงการค้นหารูปคลื่นแอนะล็อกแบบต่อเนื่องผ่านการค้นหาแบบไบนารีที่ตรวจสอบระดับการหาปริมาณที่เป็นไปได้ทั้งหมดก่อนที่จะค้นหาเอาต์พุตดิจิทัลสำหรับการแปลงแต่ละครั้ง

​การหาปริมาณเป็นวิธีการจับคู่ชุดค่าอินพุตขนาดใหญ่จากรูปคลื่นต่อเนื่องไปยังค่าเอาต์พุตที่มีจำนวนน้อยกว่า โดยทั่วไปแล้ว SAR ADC นั้นใช้งานง่ายโดยใช้พลังงานต่ำและมีความแม่นยำสูง

​การออกแบบเดลต้า-ซิกม่าหาค่าเฉลี่ยของกลุ่มตัวอย่างในช่วงเวลาที่ใช้เป็นสัญญาณดิจิตอลอินพุต ค่าเฉลี่ยในช่วงความแตกต่างของเวลาของสัญญาณนั้นแสดงโดยใช้สัญลักษณ์กรีกเดลต้า (∆) และซิกมา ( giving) ทำให้เป็นชื่อ วิธีการของ ADCs นี้มีความละเอียดสูงและมีเสถียรภาพสูงโดยใช้พลังงานและต้นทุนต่ำ

ในที่สุดตัวแปลงท่อใช้สองขั้นตอนที่ "ถือ" เหมือนวิธี SAR และส่งสัญญาณผ่านขั้นตอนต่าง ๆ เช่นแฟลช ADC และตัวลดทอน ADC แบบแฟลชจะเปรียบเทียบสัญญาณแรงดันไฟอินพุตแต่ละตัวในช่วงเวลาตัวอย่างเล็กๆ กับแรงดันอ้างอิงเพื่อสร้างเอาต์พุตดิจิทัลแบบไบนารี สัญญาณไปป์ไลน์โดยทั่วไปมีแบนด์วิดท์สูงกว่า แต่มีความละเอียดต่ำกว่าและต้องการพลังงานมากกว่าจึงจะใช้งานได้

การออกแบบ DAC ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายอย่างหนึ่งคือเครือข่าย R-2R. สิ่งนี้ใช้ค่าตัวต้านทานสองตัวโดยมีค่าหนึ่งสองเท่าของอีกค่าหนึ่ง ซึ่งช่วยให้ปรับขนาด R-2R ได้อย่างง่ายดายโดยใช้ตัวต้านทานเพื่อลดทอนและแปลงสัญญาณดิจิตอลอินพุตและทำให้ตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อกทำงาน

อาตัวต้านทานแบบถ่วงน้ำหนักไบนารีเป็นอีกหนึ่งตัวอย่างทั่วไปของ DAC อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ตัวต้านทานที่มีเอาต์พุตที่ตรงกับตัวต้านทานตัวเดียวที่รวมค่าความต้านทาน ส่วนที่สำคัญมากขึ้นของกระแสดิจิตอลอินพุตจะให้กระแสไฟขาออกที่มากขึ้น ความละเอียดนี้มากขึ้นจะช่วยให้กระแสไหลผ่านได้มากขึ้น

MP3 และ CD เก็บสัญญาณเสียงในรูปแบบดิจิตอล ซึ่งหมายความว่ามีการใช้ DAC ในเครื่องเล่นซีดีและอุปกรณ์ดิจิทัลอื่นๆ ที่สร้างเสียง เช่น การ์ดเสียงสำหรับคอมพิวเตอร์และวิดีโอเกม DAC ที่สร้างเอาต์พุตระดับสายแอนะล็อกสามารถใช้กับแอมพลิฟายเออร์หรือแม้แต่ลำโพง USB

แอปพลิเคชันของ DAC เหล่านี้มักใช้แรงดันไฟขาเข้าคงที่หรือกระแสเพื่อสร้างแรงดันเอาต์พุตและทำให้ตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อกทำงาน การคูณ DAC สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุตหรือแหล่งกระแสที่แตกต่างกันได้ แต่มีข้อจำกัดเกี่ยวกับแบนด์วิดท์ที่สามารถใช้ได้