Як працює цифрово-аналоговий перетворювач?

Електроніка та обладнання, які ви використовуєте у своєму повсякденному житті, повинні перетворити дані та джерела вхідних даних в інші формати. Щодо цифрового аудіообладнання, спосіб створення файлу MP3 звуку залежить від перетворення між аналоговим та цифровим форматами даних. Ці цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП) приймають вхідні цифрові дані та перетворюють їх в аналогові аудіосигнали для цих цілей.

Звук, який виробляє це звукове обладнання, є аналоговою формою цифрових вхідних даних. Ці перетворювачі дозволяють аудіо перетворювати з цифрового формату, простого у використанні типу аудіо комп’ютери та інша електроніка, до аналогового формату, виконаного із змін тиску повітря, що створюють звук сам.

ЦАП приймають двійкове число цифрової форми звуку і перетворюють його в аналогову напругу або струм, які, повністю виконаний протягом пісні, може створити звукову хвилю, яка представляє цифровий сигнал. Він створює аналогову версію цифрового аудіо з "кроками" кожного цифрового зчитування.

Перш ніж створювати звук, ЦАП створює східчасту хвилю. Це хвиля, в якій між кожним цифровим зчитуванням відбувається невеликий «стрибок». Щоб перетворити ці стрибки в плавне, безперервне аналогове зчитування, ЦАП використовують інтерполяцію. Це метод розгляду двох точок поруч на хвилі східчастої хвилі та визначення значень між ними.

Це робить звук плавним і менш спотвореним. ЦАП виводять ці напруги, які згладжуються у безперервну форму хвилі. На відміну від ЦАП, мікрофон, який приймає звукові сигнали, використовує аналого-цифровий перетворювач (АЦП) для створення цифрового сигналу.

Поки ЦАП перетворює цифровий двійковий сигнал в аналоговий, такий як напруга, АЦП робить зворотне. Він приймає аналогове джерело і перетворює його в цифрове. Використовуючи разом для ЦАП, перетворювач та перетворювач АЦП можуть складати велику частину технології аудіоінженерії та запису. Те, як вони обидва використовуються, робить програми для комунікаційних технологій, про які ви можете дізнатися за допомогою підручника з АЦП та ЦАП.

Так само, як перекладач може перетворювати слова в інші слова між мовами, АЦП і ЦАП працюють разом, дозволяючи людям спілкуватися на великі відстані. Коли ви телефонуєте комусь по телефону, ваш голос перетворюється в аналоговий електричний сигнал за допомогою мікрофона.

Потім АЦП перетворює аналоговий сигнал у цифровий. Цифрові струми передаються через мережеві пакети, і коли вони досягають місця призначення, вони перетворюються назад в аналоговий електричний сигнал за допомогою ЦАП.

Ці конструкції повинні враховувати особливості спілкування через АЦП та ЦАП. Кількість вимірювань, які робить ЦАП щосекунди, - це частота дискретизації або частота дискретизації. Більш висока частота дискретизації дозволяє пристроям досягти більшої точності. Інженери також повинні створити обладнання з великою кількістю ботів, яке представляє кількість кроків, використовуваних, як описано вище, для відображення напруги в даний момент часу.

Чим більше кроків, тим вища роздільна здатність. Ви можете визначити роздільну здатність, взявши 2 до кількості бітів ЦАП або АЦП, що створює аналоговий або цифровий сигнал, відповідно. Для 8-розрядного АЦП роздільна здатність складе 256 кроків.

•••Саєд Хуссейн Атер

ЦАП перетворює двійковий файл у значення напруги. Це значення є вихідною напругою, як показано на схемі вище. Ви можете розрахувати вихідну напругу як

для напругVпо кожному аттенюатору та провідностіGкожного аттенюатора. Атенюатори є частиною процесу створення аналогового сигналу для зменшення спотворень. Вони з'єднані паралельно, тому кожна окрема провідність підводить підсумки за допомогою цієї формули цифрового аналогового перетворювача.

Можна використовуватиТеорема Тевенінапов'язати опір кожного аттенюатора з його провідністю.Стійкість до тевенину​ ​є​

Теорема Тевеніна стверджує: "Будь-яка лінійна схема, що містить кілька напруг і опорів, може бути замінена лише однією послідовною напругою з одним опором, підключеним по всьому навантаженню. "Це дозволяє вам обчислювати величини зі складної схеми, як ніби це було просто один.

Пам'ятайте, ви також можете використовуватиЗакон Ома,​ ​V = ІЧдля напругиV, струмЯі опірРколи йдеться про ці схеми та будь-яку формулу цифрового аналогового перетворювача. Якщо ви знаєте опір перетворювача ЦАП, ви можете використовувати схему з перетворювачем ЦАП для вимірювання вихідної напруги або струму.

Є багато популярнихАрхітектури ADCтакі як регістр послідовного наближення (SAR), перетворювачі Delta-Sigma (∆∑) та трубопроводи. SAR перетворює вхідний аналоговий сигнал у цифровий, "утримуючи" сигнал. Це означає пошук безперервної аналогової форми сигналу за допомогою двійкового пошуку, який переглядає всі можливі рівні квантування, перш ніж знаходити цифровий вихід для кожного перетворення.

​Квантуванняє методом відображення великого набору вхідних значень від безперервної форми сигналу до вихідних значень, які мають меншу кількість. АЦП SAR, як правило, прості у використанні з меншим енергоспоживанням та високою точністю.

​Конструкції Delta-Sigmaзнайти середнє значення вибірки за час, яке воно використовує як вхідний цифровий сигнал. Середнє значення різниці в часі самого сигналу представляється за допомогою грецьких символів дельта (∆) та сигма (∑), що дає йому назву. Цей метод АЦП має високу роздільну здатність і високу стабільність при низькому енергоспоживанні та вартості.

Нарешті,Трубопровідні перетворювачівикористовуйте два етапи, які "тримають" його, як методи SAR, і надсилають сигнал через різні кроки, такі як спалахи АЦП та аттенюатори. Спалах АЦП порівнює кожен сигнал вхідної напруги протягом невеликої вибірки часу з еталонною напругою для створення двійкового цифрового виходу. Сигнали трубопроводу, як правило, мають більшу пропускну здатність, але з меншою роздільною здатністю і потребують більшої потужності для роботи.

Однією з широко використовуваних конструкцій ЦАП єМережа R-2R. Для цього використовуються два значення резисторів, один з яких удвічі більший за інший. Це дозволяє легко масштабувати R-2R як метод використання резисторів для ослаблення та перетворення вхідного цифрового сигналу та отримання цифрово-аналогового перетворювача.

Aдвійково-зважений резисторє ще одним типовим прикладом ЦАП. Ці пристрої використовують резистори з виходами, які зустрічаються на одному резисторі, який підсумовує опори. Більш значні частини вхідного цифрового струму дадуть більший вихідний струм. Більше бітів цієї роздільної здатності дозволить проходити більше струму.

MP3 та CD зберігають звукові сигнали у цифрових форматах. Це означає, що ЦАП використовуються в програвачах компакт-дисків та інших цифрових пристроях, що видають звуки, як звукові карти для комп’ютерів та відеоігор. ЦАП, які створюють аналоговий вихід на лінійному рівні, можна використовувати в підсилювачах або навіть в колонках USB.

Ці програми ЦАП, як правило, покладаються на постійну вхідну напругу або струм, щоб створити вихідну напругу і налагодити роботу цифрово-аналогового перетворювача. Множуючи ЦАП можуть використовувати різні джерела вхідної напруги або струму, але вони мають обмеження на пропускну здатність, яку вони можуть використовувати.