Hvordan fungerer en digital til analog konverter?

Innhold

• Slik fungerer digitale til lydkonverterere
• ADC og DAC Tutorial
• Formel for digital til analog omformer
• ADC Arkitekturer
• Digital til analog konverter arbeider
• Praktiske applikasjoner av omformere

Elektronikk og utstyr som du bruker i hverdagen din, trenger å transformere data og input-kilder til andre formater. For digitalt lydutstyr er den måten en MP3-fil produserer lyd på avhengig av konvertering mellom analoge og digitale formater av data. Disse digital-til-analoge omformere (DAC-er) tar digitale inndata og konverterer dem til analoge lydsignaler for disse formålene.

Slik fungerer digitale til lydkonverterere

Lyden som dette lydutstyret produserer er den analoge formen for digitale inndata. Disse omformerne lar lyd konverteres fra et digitalt format, en brukervennlig type lyd som datamaskiner og annen elektronikk, til et analogt format, laget av variasjoner i lufttrykk som produserer lyd i seg selv.

DACer tar et binært antall av den digitale formen for lyd og gjør det til en analog spenning eller strøm som, når det gjøres helt i løpet av en sang, kan lage en bølge av lyd som representerer det digitale signalet. Den lager den analoge versjonen av digital lyd i "trinn" for hver digital lesing.

Før den lager lyden, lager DAC en trappetrinnsbølge. Dette er en bølge der det er et lite "hopp" mellom hver digital lesing. For å konvertere disse hoppene til en jevn, kontinuerlig analog lesing, bruker DACer interpolering. Dette er en metode for å se på to punkter ved siden av hverandre på trappetrinnsbølgen og bestemme verdiene mellom dem.

Dette gjør lyden glatt og mindre forvrengt. DACer gir ut disse spenningene som har glattet ut til en kontinuerlig bølgeform. I motsetning til DAC bruker en mikrofon som plukker opp lydsignaler en analog-til-digital-omformer (ADC) for å lage et digitalt signal.

ADC og DAC Tutorial

Mens en DAC konverterer et digitalt binært signal til et analogt signal som spenning, gjør en ADC det motsatte. Den tar en analog kilde og konverterer den til en digital. Brukt sammen, for en DAC, kan omformeren og en ADC-omformer utgjøre en stor del av teknologien innen lydteknikk og innspilling. Slik de begge er brukt gjør for applikasjoner innen kommunikasjonsteknologi som du kan lære om gjennom en ADC- og DAC-opplæring.

På samme måte som en oversetter kan omdanne ord til andre ord mellom språk, ADC og DAC fungerer sammen for å la folk kommunisere over lange avstander. Når du ringer noen over telefonen, konverteres stemmen din til et analogt elektrisk signal av en mikrofon.

Deretter konverterer en ADC det analoge signalet til et digitalt signal. De digitale strømningene blir sendt gjennom nettverkspakker, og når de når målet, konverteres de tilbake til et analogt elektrisk signal av en DAC.

Disse designene må ta hensyn til funksjonene ved kommunikasjon gjennom ADCer og DACer. Antall målinger DAC foretar hvert sekund er samplingsfrekvensen eller samplingsfrekvensen. En høyere samplingsfrekvens lar enhetene oppnå større nøyaktighet. Ingeniører må også lage utstyr med et stort antall roboter som representerer antall trinn som er brukt, som beskrevet ovenfor, for å representere spenningen på et gitt tidspunkt.

Jo flere trinn, jo høyere oppløsning. Du kan bestemme oppløsningen ved å ta 2 til kraften til antall biter av DAC eller ADC som skaper henholdsvis det analoge eller det digitale signalet. For en 8-biters ADC vil oppløsningen være 256 trinn.

Formel for digital til analog omformer

••• Syed Hussain Ather

En DAC-omformer gjør en binær til en spenningsverdi. Denne verdien er spenningsutgangen som vist i diagrammet over. Du kan beregne utgangsspenningen som V_ute = (V₄G₄ + V₃G₃ + V₂G₂ + V₁G₁) / (G₄ + G₃ + G₂ + G₁) for spenningene V på tvers av hver demper og konduktansen G av hver demper. Demperne er en del av prosessen i å lage det analoge signalet for å redusere forvrengning. De er koblet parallelt, slik at hver enkelt konduktanse oppsummerer på denne måten gjennom denne digital til analoge omformersformelen.

Du kan bruke Thevenins teorem å relatere motstanden til hver demper til dens ledningsevne. De Theveninresistens er R_t = 1 / (G₁ + G₂ + G₃ + G₄). Thevenins teorem sier: "Enhver lineær krets som inneholder flere spenninger og motstander kan erstattes av bare en enkelt spenning i serie med en enkelt motstand koblet over belastningen." Dette lar deg beregne mengder fra en komplisert krets som om den var enkel.

Husk at du også kan bruke Ohms Law, V = IR for spenning V, strøm Jeg og motstand R når du arbeider med disse kretsløpene og eventuell digital til analog konverterformel. Hvis du kjenner motstanden til en DAC-omformer, kan du bruke en krets med en DAC-omformer i den for å måle utgangsspenningen eller strømmen.

ADC Arkitekturer

Det er mange populære ADC-arkitekturer som suksessivt tilnærmelsesregister (SAR), Delta-Sigma (∆∑) og rørledningsomformere. SAR gjør et analoge inngangssignal om til et digitalt signal ved å "holde" signalet. Dette betyr å søke i den kontinuerlige analoge bølgeformen gjennom et binært søk som ser gjennom alle mulige kvantiseringsnivåer før du finner en digital utgang for hver konvertering.

kvantisering er en metode for å kartlegge et stort sett av inngangsverdier fra en kontinuerlig bølgeform til utgangsverdier som er færre i antall. SAR ADC-er er vanligvis enkle å bruke med lavere strømbruk og nøyaktighet over høyden.

Delta-Sigma designer finn gjennomsnittet av prøven over den tiden den bruker som digitalt inngangssignal. Gjennomsnittet over tidsforskjellen til selve signalet er representert ved hjelp av de greske symbolene delta (∆) og sigma (∑), og gir det navnet. Denne metoden for ADC-er har høy oppløsning og høy stabilitet med lav strømbruk og kostnader.

Til slutt, Rørledningsomformere bruk to trinn som "holder" den som SAR-metoder og signalet gjennom forskjellige trinn, for eksempel blits-ADC-er og dempere. En blits ADC sammenligner hvert inngangsspenningssignal over en liten prøve av tid med en referansespenning for å lage en binær digital utgang. Rørledningssignaler har generelt høyere båndbredde, men med lavere oppløsning og trenger mer krefter for å kjøre.

Digital til analog konverter arbeider

En mye brukt DAC-design er R-2R nettverk. Denne bruker to motstandsverdier med en dobbelt så stor som den andre. Dette lar R-2R enkelt skalere som en metode for å bruke motstander for å dempe og transformere det digitale inngangssignalet og få den digitale til analoge omformeren til å fungere.

EN binærvektet motstand er et annet vanlig eksempel på DAC. Disse enhetene bruker motstander med utganger som møtes ved den ene motstanden som oppsummerer motstandene. De mer betydelige delene av den digitale inngangsstrømmen vil gi større utgangsstrøm. Flere biter av denne oppløsningen vil tillate mer strøm å strømme gjennom.

Praktiske applikasjoner av omformere

MP3 og CD lagrer lydsignaler i digitale formater. Dette betyr at DAC-er brukes i CD-spillere og andre digitale enheter som produserer lyder som lydkort for datamaskiner og videospill. DAC-er som lager analog utgang på linjenivå, kan brukes i forsterkere eller til og med USB-høyttalere.

Disse applikasjonene av DAC-er er vanligvis avhengige av en konstant inngangsspenning eller strøm for å skape utgangsspenning og få den digitale til analoge omformeren til å fungere. Å multiplisere DACer kan bruke varierende inngangsspenning eller strømkilder, men de har begrensninger på båndbredden de kan bruke.