Как работи цифров към аналогов преобразувател?

Съдържание

• Как работят цифрови към аудио конвертори
• Учебник за ADC и DAC
• Формула за цифров към аналогов преобразувател
• ADC Архитектура
• Работещ цифров към аналогов преобразувател
• Практически приложения на конвертори

Електрониката и оборудването, които използвате в ежедневието си, трябва да трансформират данни и входни източници в други формати. За цифрово аудио оборудване начинът, по който MP3 файл произвежда звук, разчита при конвертиране между аналогови и цифрови формати на данни. Тези цифрово-аналогови преобразуватели (ЦАП) приемат входни цифрови данни и ги преобразуват в аналогови аудио сигнали за тези цели.

Как работят цифрови към аудио конвертори

Звукът, който издава това аудио оборудване, е аналогова форма на цифрови входни данни. Тези преобразуватели позволяват преобразуване на аудио от цифров формат, лесен за използване вид аудио, който компютрите и друга електроника, в аналогов формат, направен от промени в налягането на въздуха, които произвеждат самия звук.

ЦАП приемат двоично число от цифровата форма на аудио и го превръщат в аналогово напрежение или ток, който, когато се извърши изцяло в течение на песента, може да създаде вълна от аудио, която представлява цифровия сигнал. Той създава аналоговата версия на цифровия аудио в "стъпки" на всяко цифрово четене.

Преди да създаде аудиото, ЦАП създава стъпаловидна вълна. Това е вълна, в която има малък "скок" между всяко цифрово четене. За да преобразуват тези скокове в плавно, непрекъснато аналогово отчитане, ЦАП използват интерполация. Това е метод за разглеждане на две точки една до друга върху вълната на стъпалото и определяне на стойностите между тях.

Това прави звука гладък и по-малко изкривен. ЦАП извеждат тези напрежения, които са изгладени в непрекъсната форма на вълната. За разлика от DAC, микрофон, който приема аудио сигнали, използва аналогово-цифров преобразувател (ADC) за създаване на цифров сигнал.

Учебник за ADC и DAC

Докато ЦАП преобразува цифров двоичен сигнал в аналогов такъв като напрежение, ADC прави обратното. Той взема аналогов източник и го преобразува в цифров. Използвани заедно, за DAC, преобразувателят и ADC конверторът могат да съставляват голяма част от технологията на аудио инженеринга и записа. Начинът, по който те са използвани, прави приложения за комуникационни технологии, за които можете да научите чрез ADC и DAC урок.

По същия начин преводачът може да преобразува думи в други думи между езици, ADC и DAC работят заедно, като позволяват на хората да общуват на големи разстояния. Когато се обадите на някого по телефона, гласът ви се преобразува в аналогов електрически сигнал чрез микрофон.

Тогава ADC преобразува аналоговия сигнал в цифров. Цифровите токове се изпращат чрез мрежови пакети и, когато достигнат дестинацията, се преобразуват обратно в аналогов електрически сигнал чрез ЦАП.

Тези проекти трябва да отчитат особеностите на комуникацията чрез АЦП и ЦАП. Броят на измерванията, които DAC прави на всяка секунда, е честотата на извадката или честотата на вземане на проби. По-високата честота на извадката позволява на устройствата да постигнат по-голяма точност. Инженерите трябва също да създадат оборудване с голям брой ботове, които представляват броя на използваните стъпки, както е описано по-горе, за да представят напрежението в даден момент от време.

Колкото повече стъпки, толкова по-висока е разделителната способност. Можете да определите разделителната способност, като вземете 2 към мощността на броя битове на ЦАП или ADC, който създава съответно аналогов или цифров сигнал. За 8-битов ADC разделителната способност би била 256 стъпки.

Формула за цифров към аналогов преобразувател

••• Syed Hussain Ather

Преобразувателят на ЦАП превръща двоична стойност в стойност на напрежението. Тази стойност е изходното напрежение, както се вижда на диаграмата по-горе. Можете да изчислите изходното напрежение като V_от = (V₄G₄ + V₃G₃ + V₂G₂ + V₁G₁) / (Ж₄ + G₃ + G₂ + G₁) за напреженията V през всеки атенюатор и проводимостта G на всеки атенюатор. Атенюаторите са част от процеса на създаване на аналогов сигнал за намаляване на изкривяванията. Те са свързани паралелно, така че всяка отделна проводимост обобщава по този начин чрез тази цифрова към аналогова конверторна формула.

Можеш да използваш Теорема на Тевенин да се свърже съпротивлението на всеки атенюатор с неговата проводимост. Най- Тевенин устойчивост е R_т = 1 / (G₁ + G₂ + G₃ + G₄). Теоремата на Тевенин гласи: "Всяка линейна верига, съдържаща няколко напрежения и съпротивления, може да бъде заменена само с едно единично напрежение последователно с едно съпротивление, свързано в целия товар." Това ви позволява да изчислявате количества от сложна схема, сякаш е проста.

Не забравяйте, че можете да използвате Омски закон, V = IR за напрежение V, текущ аз и съпротива R при работа с тези схеми и всякаква цифрова към аналогова преобразувателна формула. Ако знаете съпротивлението на DAC конвертор, можете да използвате схема с DAC конвертор в него, за да измерите изходното напрежение или ток.

ADC Архитектура

Има много популярни ADC архитектури като последователен регистър на приближение (SAR), Delta-Sigma (∆∑) и тръбопроводни преобразуватели. SAR превръща входния аналогов сигнал в цифров, като "държи" сигнала. Това означава търсене на непрекъсната аналогова форма на вълната чрез двоично търсене, което разглежда всички възможни нива на квантоване, преди да намери цифров изход за всяко преобразуване.

Квантизация е метод за картографиране на голям набор от входни стойности от непрекъсната форма на вълната към изходните стойности, които са по-малко на брой. SAR ADC обикновено са лесни за използване с по-ниска мощност и висока точност.

Делта-Сигма проекти намерете средната стойност на извадката за времето, което използва като входен цифров сигнал. Средната стойност на разликата във времето на самия сигнал се представя с помощта на гръцките символи делта (∆) и сигма (∑), като му се дава името. Този метод на АЦП има висока разделителна способност и висока стабилност с ниска употреба на енергия и разходи.

На последно място, Тръбопроводни преобразуватели използвайте два етапа, които го „задържат“ като SAR методи и сигнала през различни стъпки, като светкавични АЦП и атенюатори. Флаш ADC сравнява всеки сигнал на входното напрежение за малка проба от време с референтното напрежение, за да създаде двоичен цифров изход. Сигналите за тръбопровода обикновено са с по-голяма честотна лента, но с по-ниска разделителна способност и се нуждаят от повече мощност, за да работят.

Работещ цифров към аналогов преобразувател

Един широко използван DAC дизайн е R-2R мрежа, При това се използват две стойности на резистори с един два пъти по-голям от другия. Това позволява скалата на R-2R лесно като метод за използване на резистори за отслабване и преобразуване на входния цифров сигнал и задействане на цифровия към аналоговия преобразувател.

А двоично претеглено резистор е друг често срещан пример за DAC. Тези устройства използват резистори с изходи, които се срещат при единичния резистор, който сумира съпротивленията. По-значимите части от входния цифров ток ще дадат по-голям изходен ток. Повече бита на тази разделителна способност ще позволят да преминава по-голям ток.

Практически приложения на конвертори

MP3 и CD съхраняват аудио сигнали в цифрови формати. Това означава, че DAC се използват в CD плейъри и други цифрови устройства, които издават звуци като звукови карти за компютри и видео игри. ЦАП, които създават аналогов изход на ниво линия, могат да се използват в усилватели или дори USB високоговорители.

Тези приложения на DAC обикновено разчитат на постоянно входно напрежение или ток, за да създадат изходното напрежение и да осигурят работа на цифровия и аналоговия преобразувател. Умножаването на ЦАП може да използва различно входно напрежение или източници на ток, но те имат ограничения в честотната лента, която могат да използват.