Як працює цифровий аналоговий перетворювач?

Зміст

• Як працюють цифрові та аудіоперетворювачі
• Підручник з АЦП та ЦАП
• Формула цифрового аналогового перетворювача
• Архітектури АЦП
• Цифровий та аналоговий перетворювач працює
• Практичні програми перетворювачів

Електроніка та обладнання, які ви використовуєте у повсякденному житті, потребують перетворення даних та джерел введення в інші формати. Для цифрового аудіообладнання спосіб, яким MP3-файл видає звук, залежить від перетворення між аналоговим та цифровим форматами даних. Ці цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП) приймають вхідні цифрові дані та перетворюють їх у аналогові аудіосигнали для цих цілей.

Як працюють цифрові та аудіоперетворювачі

Звук, який видає це аудіообладнання, є аналоговою формою цифрових вхідних даних. Ці перетворювачі дозволяють перетворити аудіо з цифрового формату, простого у користуванні типу аудіо, який використовують комп’ютери та інша електроніка, в аналоговий формат, виготовлений із змін тиску повітря, який видає сам звук.

ЦАП приймає двійкове число цифрової форми звуку і перетворює його в аналогову напругу або струм, який, виконуючи повністю протягом пісні, може створити хвилю звуку, що представляє цифровий сигнал. Він створює аналогову версію цифрового аудіо в "кроки" кожного цифрового читання.

Перш ніж створювати звук, ЦАП створює східчасту хвилю сходів. Це хвиля, під час якої невеликий "стрибок" між кожним цифровим читанням. Щоб перетворити ці стрибки в плавне, безперервне аналогове зчитування, ЦАП використовують інтерполяцію. Це метод перегляду двох точок поруч на хвилі сходинки сходів та визначення значень між ними.

Це робить звук плавним і менш спотвореним. ЦАП виводять ці напруги, які згладжені в неперервну форму хвилі. На відміну від ЦАП, мікрофон, що приймає аудіосигнали, використовує аналого-цифровий перетворювач (АЦП) для створення цифрового сигналу.

Підручник з АЦП та ЦАП

У той час як ЦАП перетворює цифровий бінарний сигнал в аналоговий, такий як напруга, АЦП робить зворотний. Він бере аналогове джерело і перетворює його в цифрове. Використовувані разом для ЦАП, перетворювач і перетворювач АЦП можуть складати значну частину технології аудіоінженерії та запису. Те, як вони використовуються, використовує додатки в комунікаційних технологіях, про які ви можете дізнатися за допомогою підручника з АЦП та ЦАП.

Таким же чином перекладач може перетворювати слова в інші слова між мовами, АЦП та 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 надсилаються через мережеві пакети, і, досягнувши 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 проводить ЦАП на кожну секунду, є частотою вибірки або частотою вибірки. Більш висока частота вибірки дозволяє пристроям досягти більшої точності. Інженери також повинні створити обладнання з великою кількістю ботів, яке представляє кількість кроків, що використовуються, як описано вище, для представлення напруги в заданий момент часу.

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

Формула цифрового аналогового перетворювача

••• Сид Хусейн Ефір

Перетворювач ЦАП перетворює двійкове значення у значення напруги. Це значення - вихід напруги, як показано на схемі вище. Ви можете розрахувати вихідну напругу як V_з = (V₄Г₄ + V₃Г₃ + V₂Г₂ + V₁Г₁) / (Г₄ + G₃ + G₂ + G₁) для напруг V поперек кожного аттенюатора та електропровідності Г кожного аттенюатора. Атенюатори є частиною процесу створення аналогового сигналу для зменшення спотворень. Вони підключені паралельно, тому кожна окрема електропровідність підсумовується таким чином через цю формулу цифрового та аналогового перетворювачів.

Можна використовувати Теорема Тевеніна співвідносити опір кожного аттенюатора з його провідністю. The Тененінова стійкість є R_т = 1 / (Г₁ + G₂ + G₃ + G₄). Теорема Тевеніна говорить: "Будь-яка лінійна схема, що містить кілька напруг і опорів, може бути замінена лише однією напругою послідовно з одним опором, з'єднаним через навантаження". Це дозволяє обчислити величини зі складної схеми так, ніби вона була простою.

Пам'ятайте, що ви також можете використовувати Закон Ома, V = ІЧ для напруги V, струм Я і опір R при роботі з цими схемами та будь-якою формулою цифрового та аналогового перетворювачів. Якщо вам відомий опір перетворювача ЦАП, ви можете використовувати схему з перетворювачем ЦАП в ньому для вимірювання вихідної напруги або струму.

Архітектури АЦП

Є багато популярних Архітектури АЦП такі як регістр послідовного наближення (SAR), Delta-Sigma (∆∑) та конвеєри трубопроводів. SAR перетворює вхідний аналоговий сигнал у цифровий, "утримуючи" сигнал. Це означає пошук безперервної аналогової форми хвилі за допомогою двійкового пошуку, який переглядає всі можливі рівні квантування, перш ніж знайти цифровий вихід для кожного перетворення.

Квантування це метод відображення великого набору вхідних значень від безперервної форми хвилі до вихідних значень, менших за кількістю. АЦП SAR, як правило, прості у використанні з меншим енергоспоживанням та високою точністю.

Проекти Delta-Sigma знайти середнє значення вибірки за час, який він використовує як вхідний цифровий сигнал. Середнє значення різниці у часі самого сигналу представлено за допомогою грецьких символів дельта (∆) та сигми (∑), даючи йому свою назву. Цей метод АЦП має високу роздільну здатність і високу стабільність при низькому споживанні енергії та вартості.

Нарешті, Трубопровідні перетворювачі використовувати два етапи, які "утримують" його як методи SAR та сигнал через різні кроки, такі як спалах АЦП та аттенюатори. Спалах АЦП порівнює кожен сигнал вхідної напруги протягом невеликого зразка часу з опорним напругою для створення двійкового цифрового виходу. Сигнали трубопроводів, як правило, мають більшу пропускну здатність, але з меншою роздільною здатністю і для запуску потрібно більше енергії.

Цифровий та аналоговий перетворювач працює

Один з широко використовуваних DAC-дизайнів - це Мережа R-2R. При цьому використовуються два значення резисторів, один з яких вдвічі більший, ніж інший. Це дозволяє легко застосовувати масштаб R-2R як метод використання резисторів для ослаблення та перетворення вхідного цифрового сигналу та отримання цифрового аналогового перетворювача.

А бінарний зважений резистор є ще одним поширеним прикладом ЦАП. Ці пристрої використовують резистори з виходами, що зустрічаються на одному резисторі, який підсумовує опори. Більш значні частини вхідного цифрового струму даватимуть більший вихідний струм. Більше бітів цієї роздільної здатності дозволить протікати більше струму.

Практичні програми перетворювачів

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

Ці програми ЦАПів зазвичай покладаються на постійну вхідну напругу або струм, щоб створити вихідну напругу і привести цифровий в аналоговий перетворювач. При множенні ЦАП можуть використовуватися різні вхідні напруги або джерела струму, але вони мають обмеження на пропускну здатність, яку вони можуть використовувати.