Kako deluje digitalni analogni pretvornik?

Vsebina

• Kako delujejo pretvorniki digitalnih v avdio
• ADC in DAC Tutorial
• Formula digitalnega v analogni pretvornik
• ADC Arhitekture
• Digitalni analogni pretvornik deluje
• Praktične aplikacije pretvornikov

Elektronika in oprema, ki jo uporabljate v vsakdanjem življenju, morata podatke in vhodne vire pretvoriti v druge formate. Pri digitalni avdio opremi se način pretvorbe MP3 datoteke za zvok opira na pretvorbo med analognimi in digitalnimi formati podatkov. Ti digitalno-analogni pretvorniki (DAC-ji) za te namene sprejmejo vhodne digitalne podatke in jih pretvorijo v analogne zvočne signale.

Kako delujejo pretvorniki digitalnih v avdio

Zvok, ki ga proizvaja ta zvočna oprema, je analogna oblika digitalnih vhodnih podatkov. Ti pretvorniki omogočajo pretvorbo zvoka iz digitalne oblike, enostavne vrste zvoka, ki jo uporabljajo računalniki in druga elektronika, v analogni format, izdelan iz variacij zračnega tlaka, ki proizvaja sam zvok.

DAC-ovci prevzamejo binarno številko digitalne oblike zvoka in jo pretvorijo v analogno napetost ali tok, ki lahko v celoti v toku pesmi ustvari val zvoka, ki predstavlja digitalni signal. Ustvari analogno različico digitalnega zvoka v "korakih" vsakega digitalnega branja.

Preden ustvari zvok, DAC ustvari korak stopnice. To je val, v katerem je majhen "skok" med vsakim digitalnim branjem. Za pretvorbo teh skokov v gladko, neprekinjeno analogno odčitavanje DAC uporabljajo interpolacijo. To je metoda za pregledovanje dveh točk med seboj na valu stopnic in določanje vrednosti med njimi.

Zaradi tega je zvok gladek in manj popačen. DAC oddajajo te napetosti, ki so postale v neprekinjeno valovno obliko. V nasprotju z DAC mikrofon, ki sprejema zvočne signale, uporablja analogno-digitalni pretvornik (ADC) za ustvarjanje digitalnega signala.

ADC in DAC Tutorial

Medtem ko DAC pretvori digitalni binarni signal v analogni, kot je napetost, ADC naredi obratno. Vzame analogni vir in ga pretvori v digitalnega. Če uporabljate DAC, pretvornik in ADC pretvornik skupaj uporabljata velik del tehnologije zvočnega inženiringa in snemanja. Način uporabe obeh omogoča aplikacije v komunikacijski tehnologiji, o katerih se lahko naučite s pomočjo vadbe ADC in DAC.

Na enak način lahko prevajalec pretvori besede v druge besede med jezike, ADC-ji in DAC-ovi delujejo skupaj, tako da omogočajo komunikacijo ljudi na velike razdalje. Ko nekoga pokličete po telefonu, se vaš mikrofon pretvori v analogni električni signal z mikrofonom.

Nato ADC pretvori analogni signal v digitalni. Digitalni tokovi se pošiljajo prek mrežnih paketov in jih, ko dosežejo cilj, pretvorijo nazaj v analogni električni signal.

Ti načrti morajo upoštevati značilnosti komuniciranja prek ADC-jev in DAC-jev. Število meritev, ki ga DAC opravi vsako sekundo, je hitrost vzorčenja ali frekvenca vzorčenja. Višja hitrost vzorčenja omogoča, da naprave dosežejo večjo natančnost. Inženirji morajo prav tako ustvariti opremo z velikim številom botov, ki predstavljajo število uporabljenih korakov, kot je opisano zgoraj, za prikaz napetosti v določenem času.

Več korakov, višja je ločljivost. Ločljivost lahko določite tako, da odštejete 2 do moči števila bitov DAC ali ADC, ki ustvari analogni ali digitalni signal. Za 8-bitni ADC bi bila ločljivost 256 korakov.

Formula digitalnega v analogni pretvornik

••• Syed Hussain Ather

Pretvornik DAC pretvori binarno vrednost v vrednost napetosti. Ta vrednost je izhod napetosti, kot je razvidno iz zgornjega diagrama. Izhodno napetost lahko izračunate kot V_ven = (V₄G₄ + V₃G₃ + V₂G₂ + V₁G₁) / (G₄ + G₃ + G₂ + G₁) za napetosti V čez vsak atenuator in prevodnost G vsakega atenuatorja. Atenuatorji so del postopka ustvarjanja analognega signala za zmanjšanje popačenja. Povezani so vzporedno, tako da vsaka posamezna prevodnost tako povzame s to formulo digitalnega v analogni pretvornik.

Lahko uporabiš Theveninov izrek povezati upor vsakega atenuatorja na njegovo prevodnost. The Thevenin odpornost je R_t = 1 / (G₁ + G₂ + G₃ + G₄). Theveninov izrek pravi: "Vsako linearno vezje, ki vsebuje več napetosti in uporov, lahko nadomestite samo z eno samo napetostjo v seriji z enim samim uporom, povezanim čez obremenitev." S tem lahko izračunate količine iz zapletenega vezja, kot da bi bil preprost.

Ne pozabite, da lahko uporabite tudi Ohmov zakon, V = IR za napetost V, trenutno jaz in odpornost R ko se ukvarjamo s temi vezji in katero koli formulo pretvornika digitalnega v analogni pretvornik. Če poznate upor pretvornika DAC, lahko uporabite vezje z pretvornikom DAC v njem za merjenje izhodne napetosti ali toka.

ADC Arhitekture

Veliko je priljubljenih ADC arhitekture kot so zaporedni približni register (SAR), Delta-Sigma (∆∑) in cevovodni pretvorniki. SAR pretvori vhodni analogni signal v digitalni, tako da "drži" signal. To pomeni iskanje neprekinjene analogne valovne oblike s pomočjo binarnega iskanja, ki preuči vse možne stopnje kvantizacije, preden najde digitalni izhod za vsako pretvorbo.

Kvantizacija je metoda preslikave velikega niza vhodnih vrednosti od zveznega valovanja do izhodnih vrednosti, ki so manjše od števila. SAR ADC-ji so na splošno enostavni za uporabo z manjšo porabo energije in majhno natančnostjo.

Delta-Sigma modelov najti povprečje vzorca v času, ki ga uporablja kot vhodni digitalni signal. Povprečje razlike v času samega signala je predstavljeno z uporabo grških simbolov delta (∆) in sigma (∑), ki ji daje ime. Ta metoda ADC-jev ima visoko ločljivost in visoko stabilnost z nizko porabo in stroški.

Končno Cevni pretvorniki uporabite dve stopnji, ki ju "zadržujeta" kot metode SAR in signal skozi različne korake, kot so bliskovni ADC-ji in slabljenja. Hitri ADC primerja vsak vhodni napetostni signal v majhnem časovnem vzorcu z referenčno napetostjo, da ustvari binarni digitalni izhod. Signali za cevovod so na splošno z večjo pasovno širino, vendar z nižjo ločljivostjo in za zagon potrebujejo več energije.

Digitalni analogni pretvornik deluje

Ena izmed široko uporabljenih zasnov DAC je R-2R omrežje. Pri tem uporabljamo dve uporni vrednosti, pri čemer je eden dvakrat večji od drugega. To omogoča lestvico R-2R kot metodo uporabe uporov za prilagajanje in pretvarjanje vhodnega digitalnega signala in delovanje digitalnega v analogni pretvornik.

A binarno utežen upor je še en pogost primer DAC-a. Te naprave uporabljajo upore z izhodi, ki se srečujejo pri posameznem uporu, ki sešteje upora. Pomembnejši deli vhodnega digitalnega toka bodo dali večji izhodni tok. Več bitov te ločljivosti bo omogočilo, da bo skozi tok tekel več toka.

Praktične aplikacije pretvornikov

MP3 in CD-ji shranjujejo zvočne signale v digitalni obliki. To pomeni, da se DAC uporabljajo v CD predvajalnikih in drugih digitalnih napravah, ki oddajajo zvoke kot zvočne kartice za računalnike in video igre. DAC-ji, ki ustvarjajo analogni linijski izhod, se lahko uporabljajo v ojačevalcih ali celo USB zvočnikih.

Te aplikacije DAC-ov se običajno zanašajo na konstantno vhodno napetost ali tok, da ustvarijo izhodno napetost in da digitalni in analogni pretvornik deluje. Pomnoževalni DAC-i lahko uporabljajo različne vhodne napetosti ali tokovne vire, vendar imajo omejitve glede pasovne širine, ki jo lahko uporabljajo.