Περιεχόμενο
- Πώς λειτουργούν οι ψηφιακοί μετατροπείς ήχου
- ADC και DAC Tutorial
- Φόρμουλα ψηφιακού προς αναλογικό μετατροπέα
- Αρχιτεκτονικές ADC
- Μετατροπή ψηφιακού σε αναλογικό μετατροπέα
- Πρακτικές εφαρμογές μετατροπέων
Τα ηλεκτρονικά είδη και ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείτε στην καθημερινή σας ζωή πρέπει να μετασχηματίζουν τα δεδομένα και τις πηγές εισόδου σε άλλες μορφές. Για τον εξοπλισμό ψηφιακού ήχου, ο τρόπος με τον οποίο ένα αρχείο MP3 παράγει ήχο βασίζεται στη μετατροπή μεταξύ αναλογικών και ψηφιακών μορφών δεδομένων. Αυτοί οι μετατροπείς ψηφιακού-αναλογικού σήματος (DAC) λαμβάνουν ψηφιακά δεδομένα εισόδου και τα μετατρέπουν σε αναλογικά σήματα ήχου για τους σκοπούς αυτούς.
Πώς λειτουργούν οι ψηφιακοί μετατροπείς ήχου
Ο ήχος που παράγει αυτός ο ακουστικός εξοπλισμός είναι η αναλογική μορφή ψηφιακών δεδομένων εισόδου. Αυτοί οι μετατροπείς επιτρέπουν την μετατροπή του ήχου από μια ψηφιακή μορφή, έναν εύκολο στη χρήση τύπο ήχου που χρησιμοποιούν υπολογιστές και άλλα ηλεκτρονικά, σε αναλογικό φορμά, από μεταβολές στην πίεση του αέρα που παράγουν τον ίδιο τον ήχο.
Οι DAC λαμβάνουν δυαδικό αριθμό ψηφιακής μορφής ήχου και το μετατρέπουν σε αναλογική τάση ή ρεύμα που, όταν γίνεται εξ ολοκλήρου κατά τη διάρκεια ενός τραγουδιού, μπορεί να δημιουργήσει ένα κύμα ήχου που αντιπροσωπεύει το ψηφιακό σήμα. Δημιουργεί την αναλογική έκδοση του ψηφιακού ήχου σε "βήματα" κάθε ψηφιακής ανάγνωσης.
Προτού δημιουργήσει τον ήχο, το DAC δημιουργεί ένα βήμα σκαλοπατιού. Αυτό είναι ένα κύμα στο οποίο υπάρχει ένα μικρό "άλμα" μεταξύ κάθε ψηφιακής ανάγνωσης. Για να μετατρέψετε αυτά τα άλματα σε μια ομαλή, συνεχή αναλογική ανάγνωση, οι DAC χρησιμοποιούν παρεμβολή. Αυτή είναι μια μέθοδος για να δείτε δύο σημεία το ένα δίπλα στο άλλο στο κύμα βαθμίδας σκαλοπατιών και να καθορίσετε τις τιμές μεταξύ τους.
Αυτό κάνει τον ήχο ομαλό και λιγότερο παραμορφωμένο. Οι DAC εξάγουν αυτές τις τάσεις που έχουν εξομαλυνθεί σε μια συνεχή κυματομορφή. Σε αντίθεση με το DAC, ένα μικρόφωνο που συλλέγει σήματα ήχου χρησιμοποιεί έναν μετατροπέα αναλογικού προς ψηφιακό (ADC) για τη δημιουργία ψηφιακού σήματος.
ADC και DAC Tutorial
Ενώ ένα DAC μετατρέπει ένα ψηφιακό δυαδικό σήμα σε ένα αναλογικό όπως τάση, ένα ADC κάνει το αντίστροφο. Παίρνει μια αναλογική πηγή και τη μετατρέπει σε ψηφιακή. Χρησιμοποιούνται μαζί, για ένα DAC, ο μετατροπέας και ένας μετατροπέας ADC μπορούν να αποτελέσουν ένα μεγάλο μέρος της τεχνολογίας της ηχητικής μηχανικής και της εγγραφής. Ο τρόπος που χρησιμοποιούν και οι δύο κάνει για εφαρμογές στην τεχνολογία επικοινωνίας που μπορείτε να μάθετε μέσω ενός ADC και DAC φροντιστήριο.
Με τον ίδιο τρόπο ένας μεταφραστής μπορεί να μετατρέψει τις λέξεις σε άλλες λέξεις μεταξύ των γλωσσών, οι ADC και οι DAC συνεργάζονται για να επιτρέπουν στους ανθρώπους να επικοινωνούν σε μεγάλες αποστάσεις. Όταν καλείτε κάποιον από το τηλέφωνο, η φωνή σας μετατρέπεται σε αναλογικό ηλεκτρικό σήμα από ένα μικρόφωνο.
Στη συνέχεια, ένα ADC μετατρέπει το αναλογικό σήμα σε ψηφιακό σήμα. Τα ψηφιακά ρεύματα αποστέλλονται μέσω πακέτων δικτύου και, όταν φτάνουν στον προορισμό, μετατρέπονται σε αναλογικό ηλεκτρικό σήμα από ένα DAC.
Αυτά τα σχέδια πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τα χαρακτηριστικά επικοινωνίας μέσω ADC και DAC. Ο αριθμός των μετρήσεων που λαμβάνει ο DAC ανά δευτερόλεπτο είναι ο ρυθμός δειγματοληψίας ή η συχνότητα δειγματοληψίας. Ένα υψηλότερο ρυθμό δειγματοληψίας επιτρέπει στις συσκευές να επιτύχουν μεγαλύτερη ακρίβεια. Οι μηχανικοί πρέπει επίσης να δημιουργήσουν εξοπλισμό με μεγάλο αριθμό bots που αντιπροσωπεύουν τον αριθμό των βημάτων που χρησιμοποιήθηκαν, όπως περιγράφεται παραπάνω, για να αντιπροσωπεύουν την τάση σε δεδομένο χρονικό σημείο.
Όσο περισσότερα βήματα, τόσο υψηλότερη είναι η ανάλυση. Μπορείτε να καθορίσετε την ανάλυση λαμβάνοντας 2 για την ισχύ του αριθμού των bits του DAC ή ADC που δημιουργεί το αναλογικό ή ψηφιακό σήμα, αντίστοιχα. Για ADC 8 bit, η ανάλυση θα ήταν 256 βήματα.
Φόρμουλα ψηφιακού προς αναλογικό μετατροπέα
••• Syed Hussain AtherΈνας μετατροπέας DAC μετατρέπει ένα δυαδικό σε τιμή τάσης. Αυτή η τιμή είναι η έξοδος τάσης όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα. Μπορείτε να υπολογίσετε την τάση εξόδου ως Vέξω = (V4σολ4 + V3σολ3 + V2σολ2 + V1σολ1) / (Ο4 + G3 + G2 + G1) για τις τάσεις V σε κάθε εξασθενητή και την αγωγιμότητα σολ κάθε εξασθενητή. Οι εξασθενητές αποτελούν μέρος της διαδικασίας για τη δημιουργία του αναλογικού σήματος για τη μείωση της παραμόρφωσης. Συνδέονται παράλληλα έτσι ώστε κάθε ατομική αγωγιμότητα να συνοψίζει αυτόν τον τρόπο μέσω αυτού του ψηφιακού προς αναλογικό μετατροπέα.
Μπορείς να χρησιμοποιήσεις Θεώρημα Thevenins να συσχετίσει την αντίσταση κάθε εξασθενητή με την αγωγιμότητά του. ο Αντίσταση Thevenin είναι Rt = 1 / (Ο1 + G2 + G3 + G4). Το θεώρημα Thevenins δηλώνει: "Οποιοδήποτε γραμμικό κύκλωμα που περιέχει πολλές τάσεις και αντιστάσεις μπορεί να αντικατασταθεί από μία μόνο τάση σε σειρά με μία μόνο αντίσταση συνδεδεμένη στο φορτίο." Αυτό σας επιτρέπει να υπολογίσετε τις ποσότητες από ένα περίπλοκο κύκλωμα σαν να ήταν απλό.
Θυμηθείτε ότι μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε Ohms Law, V = IR για τάση V, ρεύμα Εγώ και αντίσταση R όταν ασχολείται με αυτά τα κυκλώματα και οποιοδήποτε ψηφιακό προς αναλογικό τύπο μετατροπέα. Εάν γνωρίζετε την αντίσταση ενός μετατροπέα DAC, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα κύκλωμα με μετατροπέα DAC σε αυτό για να μετρήσετε την τάση ή το ρεύμα εξόδου.
Αρχιτεκτονικές ADC
Υπάρχουν πολλοί δημοφιλείς ADC αρχιτεκτονικές (SAR), τους μετασχηματιστές Delta-Sigma (ΔΣ) και τους αγωγούς μεταγωγής. Το SAR μετατρέπει ένα αναλογικό σήμα εισόδου σε ένα ψηφιακό σήμα κρατώντας το σήμα. Αυτό σημαίνει αναζήτηση της συνεχούς αναλογικής κυματομορφής μέσω μιας δυαδικής αναζήτησης που εξετάζει όλα τα πιθανά επίπεδα ποσοτικοποίησης πριν βρούμε ψηφιακή έξοδο για κάθε μετατροπή.
Κβαντισμός είναι μια μέθοδος χαρτογράφησης μιας μεγάλης σειράς τιμών εισόδου από μια συνεχή κυματομορφή σε τιμές εξόδου που είναι λιγότερες στον αριθμό. Οι ADC SAR είναι γενικά εύχρηστες με χαμηλότερη κατανάλωση ισχύος και με μεγάλη ακρίβεια.
Σχέδια Delta-Sigma βρείτε τον μέσο όρο του δείγματος στον χρόνο που χρησιμοποιεί ως ψηφιακό σήμα εισόδου. Ο μέσος όρος της χρονικής διαφοράς του ίδιου του σήματος αντιπροσωπεύεται χρησιμοποιώντας τα ελληνικά σύμβολα δέλτα (Δ) και σίγμα (Σ), δίνοντάς του το όνομα. Αυτή η μέθοδος ADC έχει υψηλή ανάλυση και υψηλή σταθερότητα με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και κόστος.
Τελικά, Μετατροπείς αγωγών χρησιμοποιήστε δύο στάδια που το κρατούν σαν τις μεθόδους SAR και το σήμα μέσω διαφόρων βημάτων, όπως τα ADCs και τα εξασθενητικά φλας. Ένα φλας ADC συγκρίνει κάθε σήμα τάσης εισόδου σε ένα μικρό δείγμα χρόνου σε μια τάση αναφοράς για να δημιουργήσει μια δυαδική ψηφιακή έξοδο. Τα σήματα αγωγών είναι γενικά σε υψηλότερα εύρη ζώνης, αλλά με χαμηλότερη ανάλυση και χρειάζονται περισσότερη ισχύ για να τρέξουν.
Μετατροπή ψηφιακού σε αναλογικό μετατροπέα
Ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο σχέδιο DAC είναι το R-2R. Αυτό χρησιμοποιεί δύο τιμές αντιστάσεων με ένα διπλάσιο από το άλλο. Αυτό επιτρέπει την κλίμακα R-2R εύκολα ως μια μέθοδο χρήσης αντιστάσεων για να εξασθενίσει και να μετασχηματίσει το ψηφιακό σήμα εισόδου και να λειτουργήσει ο μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό.
ΕΝΑ δυαδική-σταθμισμένη αντίσταση είναι ένα άλλο κοινό παράδειγμα του DAC. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν αντιστάσεις με εξόδους που συναντώνται στην απλή αντίσταση που συνοψίζει τις αντιστάσεις. Τα πιο σημαντικά μέρη του ψηφιακού ρεύματος εισόδου θα δώσουν μεγαλύτερο ρεύμα εξόδου. Τα περισσότερα κομμάτια αυτού του ψηφίσματος θα επιτρέψουν τη ροή περισσότερων ρευμάτων.
Πρακτικές εφαρμογές μετατροπέων
Τα αρχεία MP3 και CD αποθηκεύουν σήματα ήχου σε ψηφιακές μορφές. Αυτό σημαίνει ότι οι DAC χρησιμοποιούνται σε συσκευές αναπαραγωγής CD και άλλες ψηφιακές συσκευές που παράγουν ήχους όπως κάρτες ήχου για υπολογιστές και βιντεοπαιχνίδια. Οι DAC που δημιουργούν αναλογική έξοδο γραμμής μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ενισχυτές ή ακόμα και ηχεία USB.
Αυτές οι εφαρμογές των DAC τυπικά βασίζονται σε μια σταθερή τάση εισόδου ή ρεύματος για να δημιουργήσουν την τάση εξόδου και να λειτουργήσουν ο μετατροπέας ψηφιακού προς αναλογικό. Ο πολλαπλασιασμός των DAC μπορεί να χρησιμοποιεί ποικίλες τάσεις εισόδου ή πηγές ρεύματος, αλλά έχουν περιορισμούς στο εύρος ζώνης που μπορούν να χρησιμοποιήσουν.