Ako funguje prevodník digitálneho na analógový?

Obsah

• Ako fungujú digitálne audio prevodníky
• Výukový program ADC a DAC
• Vzorec digitálneho na analógový prevodník
• Architektúry ADC
• Digitálny prevodník na analógový prevodník
• Praktické aplikácie prevodníkov

Elektronika a vybavenie, ktoré používate v každodennom živote, potrebuje transformovať údaje a vstupné zdroje do iných formátov. V prípade digitálneho zvukového zariadenia závisí spôsob, akým súbor MP3 vytvára zvuk, konverziu medzi analógovým a digitálnym formátom údajov. Tieto digitálno-analógové prevodníky (DAC) prijímajú vstupné digitálne údaje a na tieto účely ich prevádzajú na analógové zvukové signály.

Ako fungujú digitálne audio prevodníky

Zvuk, ktorý tieto zvukové zariadenia produkujú, je analógovou formou digitálnych vstupných údajov. Tieto prevodníky umožňujú prevádzať zvuk z digitálneho formátu, ľahko použiteľného typu zvuku, ktorý počítače a iná elektronika, na analógový formát, spôsobený zmenami tlaku vzduchu, ktoré produkujú samotný zvuk.

DAC majú binárne číslo digitálnej formy zvuku a premieňa ho na analógové napätie alebo prúd, ktorý, keď sa vykoná úplne v priebehu skladby, môže vytvoriť zvukovú vlnu, ktorá predstavuje digitálny signál. Vytvára analógovú verziu digitálneho zvuku v „krokoch“ každého digitálneho čítania.

Pred vytvorením zvuku vytvorí DAC schodovú vlnu. Toto je vlna, v ktorej medzi každým digitálnym čítaním existuje malý „skok“. Na prevod týchto skokov na plynulé analógové čítanie používajú DAC interpoláciu. Toto je metóda pozerania sa na dva body vedľa seba na vlnovej schodovej vlne a určovanie hodnôt medzi nimi.

Vďaka tomu je zvuk plynulý a menej zdeformovaný. DAC vydávajú tieto napätia, ktoré sa vyhladili do súvislého tvaru vlny. Na rozdiel od DAC, mikrofón, ktorý sníma zvukové signály, používa na vytvorenie digitálneho signálu analógovo-digitálny prevodník (ADC).

Výukový program ADC a DAC

Zatiaľ čo DAC prevádza digitálny binárny signál na analógový, ako je napríklad napätie, ADC vykonáva spätný chod. Berie analógový zdroj a prevádza ho na digitálny. Konvertor a ADC prevodník, ktoré sa používajú spoločne, môžu tvoriť veľkú časť technológie zvukového inžinierstva a nahrávania. Spôsob, akým sa oba používajú, je určený pre aplikácie v komunikačných technológiách, o ktorých sa môžete dozvedieť v návode ADC a DAC.

Podobne ako prekladateľ môže transformovať slová na iné slová medzi jazykmi, ADC a DAC spolupracujú pri sprostredkovaní komunikácie ľuďom na veľké vzdialenosti. Keď niekomu zavoláte cez telefón, váš hlas sa pomocou mikrofónu zmení na analógový elektrický signál.

Potom ADC konvertuje analógový signál na digitálny. Digitálne prúdy sa odosielajú prostredníctvom sieťových paketov a po dosiahnutí cieľa sa pomocou DAC prevedú späť na analógový elektrický signál.

Tieto návrhy musia zohľadniť vlastnosti komunikácie prostredníctvom ADC a DAC. Počet meraní, ktoré DAC vykonáva v každej sekunde, je vzorkovacia frekvencia alebo vzorkovacia frekvencia. Vyššia vzorkovacia frekvencia umožňuje zariadeniam dosiahnuť vyššiu presnosť. Inžinieri musia tiež vytvoriť zariadenie s veľkým počtom robotov, ktoré predstavujú počet použitých krokov, ako je opísané vyššie, na znázornenie napätia v danom časovom okamihu.

Čím viac krokov, tým vyššie rozlíšenie. Rozlíšenie môžete určiť tak, že na výkon 2 bitov DAC alebo ADC, ktorý vytvára analógový alebo digitálny signál, pripadne 2. Pre 8-bitové ADC by bolo rozlíšenie 256 krokov.

Vzorec digitálneho na analógový prevodník

••• Syed Hussain Ather

Prevodník DAC premení binárne hodnoty napätia. Táto hodnota predstavuje výstup napätia, ako je znázornené na obrázku vyššie. Výstupné napätie môžete vypočítať ako V_von = (V₄G₄ + V₃G₃ + V₂G₂ + V₁G₁) / (G₄ + G₃ + G₂ + G₁) pre napätie V cez každý atenuátor a vodivosť G každého atenuátora. Tlmiče sú súčasťou procesu vytvárania analógového signálu na zníženie skreslenia. Sú zapojené paralelne, takže každá jednotlivá vodivosť sa takto sumarizuje pomocou tohto vzorca na digitálny prevodník na analógový prevodník.

Môžeš použiť Theveninsova veta vzťahovať odpor každého atenuátora na jeho vodivosť. Rezistencia na Thevenin R je R_T = 1 / (G₁ + G₂ + G₃ + G₄). Theveninsova veta uvádza: „Ľubovoľný lineárny obvod obsahujúci niekoľko napätí a odporov môže byť nahradený iba jedným napätím v sérii jediným odporom pripojeným cez záťaž.“ To vám umožní vypočítať množstvo z komplikovaného obvodu, akoby to bolo jednoduché.

Nezabudnite tiež použiť Ohmsov zákon, V = IR pre napätie V, aktuálne ja a odpor R pri práci s týmito obvodmi a akýmkoľvek vzorcom digitálneho na analógový prevodník. Ak poznáte odpor DAC prevodníka, môžete na meranie výstupného napätia alebo prúdu použiť obvod s DAC prevodníkom.

Architektúry ADC

Existuje veľa populárnych Architektúry ADC ako sú postupný aproximačný register (SAR), Delta-Sigma (∆∑) a konvertory potrubí. SAR zmení vstupný analógový signál na digitálny tým, že drží signál. To znamená prehľadávanie spojitého analógového priebehu pomocou binárneho vyhľadávania, ktoré prezerá všetky možné úrovne kvantizácie pred nájdením digitálneho výstupu pre každú konverziu.

kvantování je metóda mapovania veľkej sady vstupných hodnôt z kontinuálneho tvaru vlny na výstupné hodnoty, ktorých počet je menší. SAR ADC sa vo všeobecnosti ľahko používajú s nižšou spotrebou energie a vysokou presnosťou.

Dizajn Delta-Sigma nájdite priemer vzorky v čase, ktorý používa ako vstupný digitálny signál. Priemer za časový rozdiel samotného signálu je vyjadrený pomocou gréckych symbolov delta (∆) a sigma (∑), pričom je uvedený jeho názov. Tento spôsob ADC má vysoké rozlíšenie a vysokú stabilitu s nízkou spotrebou energie a nákladmi.

A konečne, Prevodníky potrubí používajú dve fázy, ktoré ho „držia“ ako metódy SAR a signál prostredníctvom rôznych krokov, ako sú bleskové ADC a atenuátory. Flash ADC porovnáva každý signál vstupného napätia za malú vzorku času s referenčným napätím, aby vytvoril binárny digitálny výstup. Signály potrubia sú zvyčajne vo vyšších šírkach pásma, ale s nižším rozlíšením a na spustenie potrebujú viac energie.

Digitálny prevodník na analógový prevodník

Jedným zo široko používaných DAC dizajnov je Sieť R-2R, To používa dve hodnoty rezistorov s jednou dvakrát tak veľkou ako druhá. To umožňuje škálovanie R-2R ľahko ako spôsob použitia rezistorov na zoslabenie a transformáciu vstupného digitálneho signálu a fungovanie digitálneho na analógový prevodník.

binárne vážený rezistor je ďalším bežným príkladom DAC. Tieto zariadenia používajú odpory s výstupmi, ktoré sa stretávajú pri jednom odpore, ktorý sumarizuje odpory. Významnejšie časti vstupného digitálneho prúdu poskytnú väčší výstupný prúd. Viac bitov tohto rozlíšenia umožní prúdiť viac prúdu.

Praktické aplikácie prevodníkov

MP3 a CD ukladajú zvukové signály v digitálnych formátoch. To znamená, že DAC sa používajú v CD prehrávačoch a iných digitálnych zariadeniach, ktoré produkujú zvuky ako zvukové karty pre počítače a videohry. DAC, ktoré vytvárajú analógový výstup na úrovni linky, sa dajú použiť v zosilňovačoch alebo dokonca v reproduktoroch USB.

Tieto aplikácie DAC sa zvyčajne spoliehajú na konštantné vstupné napätie alebo prúd, aby vytvorili výstupné napätie a zabezpečili fungovanie digitálneho na analógový prevodník. Násobiace DAC môžu používať rôzne vstupné napätie alebo zdroje prúdu, ale majú obmedzenia týkajúce sa šírky pásma, ktorú môžu použiť.