Kuidas töötab digitaal-analoogmuundur?

Sisu

• Kuidas toimivad digitaalheli muundurid
• ADC ja DACi õpetus
• Digitaal-analoogmuunduri valem
• ADC arhitektuurid
• Digitaal-analoogmuunduri töötamine
• Muundurite praktilised rakendused

Elektroonika ja seadmed, mida kasutate oma igapäevaelus, peavad muutma andme- ja sisendallikad muudeks vorminguteks. Digitaalse audioseadme puhul sõltub MP3-faili heli tekitamise viis andmete konverteerimisest analoog- ja digitaalvormingu vahel. Need digitaal-analoogmuundurid (DAC-id) võtavad sisendandmed ja teisendavad need selleks otstarbeks analoogsignaalideks.

Kuidas toimivad digitaalheli muundurid

Heli, mida need heliseadmed tekitavad, on digitaalsete sisendandmete analoogvorm. Need muundurid võimaldavad heli teisendada digitaalsest vormingust - hõlpsasti kasutatavast heli tüübist, mida arvutid ja muu elektroonika - analoogvormingusse, mis koosneb õhurõhu kõikumistest, mis tekitavad ise heli.

DAC-id võtavad heli digitaalse vormi kahendarvu ja muudavad selle analoogpingeks või -vooluks, mis võib kogu loo vältel tekitada digitaalset signaali esindava helilaine. See loob digitaalse heli analoogversiooni iga digitaalse lugemise "sammudena".

Enne heli loomist loob DAC trepilaine. See on laine, kus iga digitaalse lugemise vahel on väike "hüpe". Nende hüpete muutmiseks sujuvaks, pidevaks analooglugemiseks kasutavad DAC-id interpolatsiooni. See on meetod, mille abil vaadeldakse kahte trepi astmel üksteise kõrval asuvat punkti ja määratakse väärtused nende vahel.

See muudab heli sujuvaks ja vähem moonutatud. DAC-id väljastavad need pinged, mis on sujuvaks pidevaks lainekujuks. Vastupidiselt DAC-le kasutab helisignaale koguv mikrofon digitaalse signaali loomiseks analoog-digitaalmuundurit (ADC).

ADC ja DACi õpetus

Kui DAC teisendab digitaalse kahendsignaali analoogsignaaliks, näiteks pingeks, siis ADC teeb vastupidist. See võtab analoogallika ja teisendab selle digitaalseks. DAC-i koos kasutamisel võivad konverterid ja ADC-muundurid moodustada suure osa helitehnika ja salvestuse tehnoloogiast. Neid mõlemaid kasutatakse kommunikatsioonitehnoloogia rakenduste jaoks, millest saate teada ADC ja DACi õpetuse kaudu.

Samamoodi võib tõlk muuta sõnad keeltevahelisteks sõnadeks, ADC-d ja DAC-id töötavad koos, võimaldades inimestel suhelda pikkade vahemaadega. Kui helistate kellelegi telefoni teel, muundatakse teie hääl mikrofoni abil analoogseks elektrisignaaliks.

Seejärel teisendab ADC analoogsignaali digitaalseks. Digitaalsed voolud saadetakse võrgupakettide kaudu ja sihtkohta jõudes konverteeritakse need DAC-i abil tagasi analoogseks elektrisignaaliks.

Need kujundused peavad arvestama ADC-de ja DAC-ide kaudu suhtlemise võimalustega. Mõõtmiste arv, mida DAC võtab igal sekundil, on proovivõtmise sagedus või proovivõtmise sagedus. Suurem proovi sagedus võimaldab seadmetel saavutada suuremat täpsust. Insenerid peavad looma ka suure hulga robotitega seadmeid, mis tähistavad pinge tähistamiseks antud ajahetkel vastavalt eespool kirjeldatule kasutatud sammude arvu.

Mida rohkem samme, seda suurem on eraldusvõime. Eraldusvõime saate kindlaks määrata, võttes 2 vastavalt DAC või ADC bittide arvu võimsusele, mis loob vastavalt analoog- või digitaalsignaali. 8-bitise ADC jaoks oleks eraldusvõime 256 sammu.

Digitaal-analoogmuunduri valem

••• Syed Hussain Ather

DAC-muundur muudab binaari pinge väärtuseks. See väärtus on ülaltoodud diagrammil näidatud väljundpinge. Väljundpinge saate arvutada järgmiselt V_välja = (V₄G₄ + V₃G₃ + V₂G₂ + V₁G₁) / (G₄ + G₃ + G₂ + G₁) pingete jaoks V üle iga summuti ja juhtivuse G iga summuti kohta. Summutid on moonutuste vähendamiseks osa analoogsignaali loomisest. Need on ühendatud paralleelselt, nii et iga individuaalne juhtivus võtab selle digitaal-analoogmuunduri valemi kaudu kokku.

Sa võid kasutada Theveniinide teoreem seostada iga summuti takistus selle juhtivusega. Theveniini vastupidavus on R_t = 1 / (G₁ + G₂ + G₃ + G₄). Thevenini teoreem väidab: "Mis tahes lineaarset vooluahelat, mis sisaldab mitut pinget ja takistust, saab asendada ainult ühe jada pingega ühe koormusega ühendatud ühe takistusega." See võimaldab arvutada keerulise vooluringi koguseid justkui lihtsa vooluringi korral.

Pidage meeles, et saate ka kasutada Ohmi seadus, V = IR pinge jaoks V, praegune Mina ja vastupanu R nende vooluringide ja digitaal-analoogmuunduri valemi käsitlemisel. Kui teate DAC-muunduri takistust, võite väljundpinge või voolu mõõtmiseks kasutada vooluahelat, milles on DAC-muundur.

ADC arhitektuurid

Seal on palju populaarseid ADC arhitektuurid nagu järjestikune ühtlustusregister (SAR), Delta-Sigma (∆∑) ja torujuhemuundurid. SAR muudab sisendi analoogsignaali digitaalseks, hoides signaali "kinni". See tähendab pideva analooglainekuju otsimist binaarse otsingu kaudu, mis uurib enne iga muunduse digitaalse väljundi leidmist kõiki võimalikke kvantimistasemeid.

Kvantifitseerimine on meetod sisendväärtuste suure hulga kaardistamiseks pideva lainekujust väiksema arvväärtusega väljundväärtusteni. SAR ADC-sid on üldiselt lihtne kasutada väiksema energiatarbe ja igh täpsusega.

Delta-Sigma kujundus leida valimi keskmine aja jooksul, mida see kasutab digitaalse sisendsignaalina. Signaali enda aja erinevuse keskmist väljendatakse kreeka sümbolite delta (∆) ja sigma (∑) abil, andes sellele oma nime. Sellel ADC-de meetodil on kõrge eraldusvõime ja kõrge stabiilsus, vähese energiakasutuse ja kuludega.

Lõpuks Torujuhtmemuundurid kasutage kahte etappi, mis seda "hoiavad" nagu SAR-meetodid, ja signaali läbi erinevate toimingute, näiteks välklambi ADC-de ja summutite. Välklambi ADC võrdleb iga sisendpinge signaali väikese ajaprooviga etalonpingega, et luua binaarne digitaalne väljund. Torujuhtme signaalid on tavaliselt suurema ribalaiusega, kuid väiksema eraldusvõimega ja vajavad töötamiseks rohkem energiat.

Digitaal-analoogmuunduri töötamine

Üks laialdaselt kasutatav DAC-i kujundus on R-2R võrk. See kasutab kahte takisti väärtust, millest üks on kaks korda suurem kui teine. See võimaldab R-2R skaalat hõlpsalt kasutada takistite meetodina sisend-digitaalsignaali summutamiseks ja muundamiseks ning digitaal-analoogmuunduri töötamiseks.

A binaarselt kaalutud takisti on veel üks tavaline näide DAC-ist. Need seadmed kasutavad takisteid, mille väljundid vastavad takistite summeerimisel kasutatavale ühele takistile. Sisendatava digitaalse voolu olulisemad osad annavad suurema väljundvoolu. Selle resolutsiooni rohkem bitti laseb voolul voolata rohkem.

Muundurite praktilised rakendused

MP3-d ja CD-d salvestavad helisignaale digitaalsel kujul. See tähendab, et DAC-sid kasutatakse CD-mängijates ja teistes digitaalsetes seadmetes, mis tekitavad helisid, näiteks arvutikaartide ja videomängude helikaarte. DAC-e, mis loovad analoogse väljundtaseme väljundi, saab kasutada võimendites või isegi USB-kõlarites.

Need DAC-i rakendused sõltuvad väljundpinge loomiseks ja digitaal-analoogmuunduri töötamiseks tavaliselt konstantsest sisendpingest või voolust. DAC-de korrutamisel võib kasutada erinevat sisendpinget või vooluallikaid, kuid ribalaius, mida nad saavad kasutada, on piiratud.