Hur fungerar en digital till analog omvandlare?

Innehåll

• Så fungerar digitala till ljudkonverterare
• ADC och DAC Tutorial
• Digital till analog konverteringsformel
• ADC-arkitekturer
• Digital till analog omvandlare
• Praktiska tillämpningar av omvandlare

Elektronik och utrustning som du använder i din vardag behöver förvandla data och inputkällor till andra format. För digital ljudutrustning beror hur en MP3-fil producerar ljud på konvertering mellan analoga och digitala dataformat. Dessa digital-till-analoga omvandlare (DAC) tar digitala data in och konverterar dem till analoga ljudsignaler för dessa ändamål.

Så fungerar digitala till ljudkonverterare

Ljudet som denna ljudutrustning producerar är den analoga formen av digital ingångsdata. Dessa omvandlare låter ljud konverteras från ett digitalt format, en lättanvänd typ av ljud som datorer och annan elektronik, till ett analogt format, tillverkat av variationer i lufttryck som producerar ljud själv.

DAC: er tar ett binärt nummer av den digitala ljudformen och förvandlar det till en analog spänning eller ström som, när den görs helt under en låt, kan skapa en våg ljud som representerar den digitala signalen. Det skapar den analoga versionen av det digitala ljudet i "steg" för varje digital läsning.

Innan det skapar ljudet skapar DAC en trappstegvåg. Detta är en våg där det finns ett litet "hopp" mellan varje digital läsning. För att konvertera dessa hopp till en smidig, kontinuerlig analog läsning använder DAC: er interpolering. Detta är en metod för att titta på två punkter bredvid varandra på trappstegets våg och bestämma värdena emellan dem.

Detta gör ljudet smidigt och mindre förvrängd. DAC: er sänder ut dessa spänningar som har jämnats ut till en kontinuerlig vågform. Till skillnad från DAC använder en mikrofon som tar upp ljudsignaler en analog-till-digital-omvandlare (ADC) för att skapa en digital signal.

ADC och DAC Tutorial

Medan en DAC konverterar en digital binär signal till en analog signal som spänning, gör en ADC det motsatta. Den tar en analog källa och konverterar den till en digital. Tillsammans för en DAC kan omvandlaren och en ADC-omvandlare utgöra en stor del av tekniken för ljudteknik och inspelning. Hur de båda används gör för applikationer inom kommunikationsteknik som du kan lära dig om genom en ADC- och DAC-handledning.

På samma sätt som en översättare kan förvandla ord till andra ord mellan språk, ADC och DAC fungerar tillsammans för att låta människor kommunicera över långa avstånd. När du ringer någon via telefon konverteras din röst till en analog elektrisk signal av en mikrofon.

Sedan konverterar en ADC den analoga signalen till en digital signal. De digitala strömmarna skickas via nätverkspaket, och när de når destinationen konverteras de tillbaka till en analog elektrisk signal av en DAC.

Dessa konstruktioner måste ta hänsyn till funktionerna i kommunikation via ADC och DAC. Antalet mätningar som DAC gör vid varje sekund är samplingshastigheten eller samplingsfrekvensen. En högre samplingsfrekvens gör att enheterna kan uppnå större noggrannhet. Ingenjörer måste också skapa utrustning med ett stort antal robotar som representerar antalet steg som används, såsom beskrivits ovan, för att representera spänningen vid en viss tidpunkt.

Ju fler steg, desto högre upplösning. Du kan bestämma upplösningen genom att ta 2 till kraften för antalet bitar av DAC eller ADC som skapar respektive den analoga eller digitala signalen. För en 8-bitars ADC skulle upplösningen vara 256 steg.

Digital till analog konverteringsformel

••• Syed Hussain Ather

En DAC-omvandlare förvandlar en binär till ett spänningsvärde. Detta värde är spänningsutgången enligt diagrammet ovan. Du kan beräkna utgångsspänningen som V_ut = (V₄G₄ + V₃G₃ + V₂G₂ + V₁G₁) / (G₄ + G₃ + G₂ + G₁) för spänningarna V över varje dämpare och konduktansen G av varje dämpare. Dämparna är en del av processen för att skapa den analoga signalen för att minska distorsion. De är parallellt anslutna så varje individuell konduktans sammanfattar detta sätt genom denna digitala till analoga omvandlarformel.

Du kan använda Thevenins teorem att relatera varje dämpares motstånd till dess ledningsförmåga. De Theveninresistens är R_t = 1 / (G₁ + G₂ + G₃ + G₄). Thevenins teorem säger, "Alla linjära kretsar som innehåller flera spänningar och motstånd kan ersättas med bara en enda spänning i serie med ett enda motstånd anslutet över lasten." Detta låter dig beräkna mängder från en komplicerad krets som om den var enkel.

Kom ihåg att du också kan använda Ohms lag, V = IR för spänning V, nuvarande jag och motstånd R när du hanterar dessa kretsar och alla digitala till analoga omvandlarformler. Om du vet motståndet för en DAC-omvandlare kan du använda en krets med en DAC-omvandlare i den för att mäta utgångsspänningen eller strömmen.

ADC-arkitekturer

Det finns många populära ADC-arkitekturer såsom successivt approximationsregister (SAR), Delta-Sigma (∆∑) och rörledningsomvandlare. SAR förvandlar en analog ingångssignal till en digital genom att "hålla" signalen. Detta innebär att man söker i den kontinuerliga analoga vågformen genom en binär sökning som tittar igenom alla möjliga kvantiseringsnivåer innan man hittar en digital utgång för varje konvertering.

kvantisering är en metod för att kartlägga en stor uppsättning ingångsvärden från en kontinuerlig vågform till utgångsvärden som är färre i antal. SAR ADC: er är i allmänhet enkla att använda med lägre effektanvändning och hög noggrannhet.

Delta-Sigma designer hitta genomsnittet för provet över den tid som det använder som digital ingångssignal. Genomsnittet över skillnaden i tid för själva signalen representeras med hjälp av de grekiska symbolerna delta (∆) och sigma (∑), vilket ger den dess namn. Denna metod för ADC: er har hög upplösning och hög stabilitet med låg energianvändning och kostnad.

Till sist, Rörledningsomvandlare använd två steg som "håller" det som SAR-metoder och signalen genom olika steg, till exempel flash-ADC: er och dämpare. En blixt-ADC jämför varje ingångsspänningssignal över ett litet sampel av tid med en referensspänning för att skapa en binär digital utgång. Pipeline-signaler har vanligtvis högre bandbredd, men med lägre upplösning och behöver mer kraft för att köra.

Digital till analog omvandlare

En allmänt använd DAC-design är R-2R-nätverk. Detta använder två motståndsvärden med ett dubbelt så stort som det andra. Detta gör att R-2R lätt kan skalas som en metod för att använda motstånd för att dämpa och omvandla den ingående digitala signalen och få den digitala till analoga omvandlaren att fungera.

EN binärvägd motstånd är ett annat vanligt exempel på DAC. Dessa enheter använder motstånd med utgångar som möts vid det enda motståndet som summerar motstånden. De mer betydelsefulla delarna av den digitala ingången kommer att ge större utström. Fler bitar av denna upplösning gör att mer ström flyter igenom.

Praktiska tillämpningar av omvandlare

MP3 och CD: er lagrar ljudsignaler i digitala format. Detta innebär att DAC används i CD-spelare och andra digitala enheter som producerar ljud som ljudkort för datorer och videospel. DAC: er som skapar analog linjenivåutgång kan användas i förstärkare eller till och med USB-högtalare.

Dessa applikationer av DAC: er förlitar sig vanligtvis på en konstant ingångsspänning eller ström för att skapa utgångsspänningen och få den digitala till analoga omvandlaren att fungera. Att multiplicera DAC: er kan använda varierande ingångsspänning eller strömkällor, men de har begränsningar på bandbredden de kan använda.