DAC (digitaal-analoog) ja ADC (analoog-digitaal) muundurid on olulised komponendid paljudes elektroonikaseadmetes, mida me igapäevaselt kasutame, kuna need võimaldavad digitaalset numbrilist teavet teisendada analoogsignaalideks, näiteks heliks, ja vastupidi. Kui olete kunagi mõelnud, kuidas digimuusika muutub ühest ja nullist kuuldavaks või kuidas mikrofon muudab teie hääle andmeteks, mida arvuti saab töödelda, peitub vastus nendes konverterites. Selle toimimise mõistmine pole mitte ainult põnev, vaid see on oluline ka neile, kes soovivad siseneda elektroonika, heli valdkonda või lihtsalt omada rohkem tehnilisi teadmisi meid ümbritseva tehnoloogia kohta.
Kuigi need seadmed kõlavad keerukalt, viivad need läbi protsessi, mida on üsna lihtne kirjeldada, kuid mis praktikas nõuab suurt täpsust ja arenenud tehnoloogiat. Selles artiklis käsitleme selle toimimist, selle peamisi omadusi, olemasolevaid tüüpe ja nende igapäevaelus kasutust, et kõik oleks teile selge.
Mis on DAC-muundur ja milleks see on mõeldud?
Un digitaal-analoogmuundur, tuntud ka kui DAC (digitaal-analoogmuundur), on seade, mis võtab digitaalset teavet, mis on tavaliselt esitatud kahendkoodina (0-de ja 1-de jada) ja teisendab selle pidevaks analoogsignaaliks, nagu saate olla helisignaal. signaali. Seda analoogsignaali saate seejärel kuulata kõlarite, kõrvaklappide või mõne muu heliväljundseadme kaudu.
La resolutsioon DAC on üks olulisemaid parameetreid, kuna see määrab saadava analoogsignaali täpsuse. Eraldusvõime on otseselt seotud muunduri bittide arvuga: 8-bitine DAC on näiteks väiksema täpsusega kui 16-bitine. Hea DAC võib oluliselt parandada digitaalse helikvaliteeti, nagu seda tehakse ka kõrgsageduslike muusikapleierite puhul.
Teine oluline aspekt on selle reageerimise aeg, st kiirus, millega saate teisendada. See on ülioluline kvaliteetsete helirakenduste puhul, kus latentsusaeg peab olema minimaalne. Lisaks võivad DAC-idel olla ka erinevat tüüpi väljundid: mõned võivad olla voolu-, teised pingelised ning tootja spetsifikatsioonid kirjeldavad neid erinevusi üksikasjalikult.
Mis on ADC-muundur?
Teiselt poolt digitaalne analoogmuundur (ADC, Analog to Digital Converter) teeb vastupidise toimingu. See võtab analoogsignaali, näiteks teie mikrofoni jäädvustatud hääle, anduriga mõõdetud temperatuuri või pingesignaali, ja teisendab selle digitaalseteks andmeteks, mida saab töödelda arvuti või muu elektroonikaseadmega.
ADC töötab protsessi kaudu, mida nimetatakse proovide võtmine y kvantifitseerimine. Diskreetimine hõlmab signaali "tükeldamist" erinevate ajavahemike järel ja analoogsignaali väärtuse registreerimist igas punktis. Järgmisena viiakse läbi kvantifitseerimine, mis seisneb selle väärtuse määramises digitaalsele numbrile kodeerimissüsteemi abil. KHz-des mõõdetud diskreetimissagedus on teisenduse kvaliteedi oluline tegur; Mida suurem on valimisagedus, seda täpsem on konversioon.
Proovide võtmise ja kvantifitseerimise protsess ADC-s
Esimene asi, mida ADC teeb, on analoogsignaali mõõtmine perioodiliste intervallidega, mida me nimetame proovide võtmine. Seda väljendatakse diskreetimissageduses ja see sõltub sellest, mida soovite teisendada. Näiteks heli puhul on standardsagedus tavaliselt 44.1 kHz, mida kasutatakse CD-del ja mis on kaks korda suurem kui maksimaalne sagedus, mida inimesed kuulevad, 20 kHz. Siin rakendame Nyquisti valimiteoreem, mis ütleb, et diskreetimissagedus peaks moonutuste vältimiseks olema suurem kui kaks korda suurem signaali maksimaalsest sagedusest.
Järgmiseks, kvantifitseerimine, mis põhimõtteliselt määrab iga valimi väärtuse digitaalsele numbrile. Iga valimi esitamiseks kasutatavate bittide arv määrab biti sügavus. Mida suurem on ADC bitisügavus, seda täpsemini esitatakse algne analoogsignaal.
ADC ja DAC tüübid: kui palju neid on?
Mitu ADC ja DAC tüübid, ja igal neist on oma eelised ja puudused sõltuvalt täpsuse ja konversioonikiiruse vajadustest. Kõige tavalisemate ADC-de hulgas on järjestikused lähendused, Sigma-Delta y kanaliseerimine.
Järjestikune lähendus ADC ehk SAR on üks populaarsemaid, kuna see pakub a madal energiatarve ja see on üsna täpne, kuigi see pole just kõige kiirem. See toimib nii, et võtab analoogsignaali ja võrdleb seda samm-sammult sisemise DAC-i väärtustega, kuni saavutatakse parim võimalik digitaalne hinnang. Need sobivad suurepäraselt rakendusteks, kus pole vaja ülikiiret konversiooni.
Omalt poolt on Sigma-Delta ADC eeliseks pakkuda a väga kõrge eraldusvõimega, mistõttu on see ideaalne helirakenduste või täpsete mõõtmiste jaoks. Selle teisenduskiirus on aga aeglasem.
Lõpuks on torujuhtme ADC-d kiireimad ja neid kasutatakse rakendustes, kus on vaja lühikese aja jooksul töödelda suurt hulka andmeid, näiteks telekommunikatsioonisüsteemides või ultrahelipildis. Need on keerulisemad ja tarbivad tavaliselt rohkem energiat kui muud tüüpi ADC-d.
Levinumad DAC-id
Seoses DAC-idega saame eristada neid redel R-2R, takistuslik kett ja binaarne kaalutud. Binaarsed kaalutud DAC-id on kõige elementaarsemad, põhinedes takistite kombinatsioonil, mis võimaldavad binaarväärtusi teisendada vastavateks analoogpingeteks. Väga suurte numbritega töötades tekitavad need aga täpsusprobleeme.
Vahepeal on R-2R redel DAC täpsem ja skaleeritavam, kuna see kasutab ainult kahte takisti väärtust, mistõttu on see tööstuses väga populaarne mudel. Seda tüüpi DAC-i erinevad versioonid on saadaval paljudes elektroonikaseadmetes.
ADC-de ja DAC-de rakendused
DAC- ja ADC-muunduritel on palju praktilisi rakendusi. Juhul DAC, on üliolulised sellistes heliseadmetes nagu CD-mängijad, helikaardid arvutitele ja kaasaegsetele kõrgsageduslikele muusikamängijatele. The Välised DAC-id Neid kasutavad sageli audiofiilid, kes soovivad parandada oma süsteemide helikvaliteeti. Need on sageli ühendatud CD-mängija või arvutiga ja seejärel võimendiga, et muuta digitaalsed signaalid suurema täpsuse ja kvaliteediga analoogsignaaliks.
Lisaks ADC Need on hädavajalikud sellistes seadmetes nagu mikrofonid, digikaamerad ja kõik süsteemid, mis koguvad analoogsignaali ja peavad seda digitaalvormingus töötlema. Arvuti ei saa iseenesest aru puhtalt analoogsignaalist; Enne töötlemist oleks vaja ADC-d, mis teisendab selle digitaalseteks andmeteks.
Paljudes süsteemides, nt heliliidesed Salvestusstuudiote jaoks töötavad nii ADC kui ka DAC koos. ADC võtab mikrofonist signaali ja muudab selle digitaalseks andmeteks, et tarkvara saaks seda töödelda, efekte rakendada jne. Seejärel võtab DAC töödeldud andmed ja teisendab need tagasi analoogsignaalideks, et neid saaks kõrvaklappide või kõlarite kaudu taasesitada.
Konverterite ajalugu ja areng
Esimene suur samm ADC-de ja DAC-de arengus helitööstuses oli lindisalvestuse leiutamine. Kuigi algselt oli see analoogtehnoloogia, võimaldas selle olemus inseneridel katsetada erinevaid signaali digiteerimise viise. Esimesed kaubanduslikud ADC/DAC-rakendused said alguse 70. aastatel, kui sellised ettevõtted nagu Sony tõid turule täiustatud digitaalsalvestid, mis võimaldasid heli digitaalselt salvestada, redigeerida ja töödelda. Saabumine CD 80ndatel oli oma 44.1 kHz kvaliteediga võtmehetk selle tehnoloogia populariseerimisel ja varsti pärast seda kutseõpe Nad hakkasid neid muundureid süstemaatiliselt kasutama.
Tänapäeval on tänu pooljuhttehnoloogia edusammudele ADC-d ja DAC-id miniatuurseks muudetud niivõrd, et need mahuvad väikestesse integraallülitustesse, muutes need kiiremaks, täpsemaks ja üldsusele kättesaadavamaks. Nüüd võime isegi mobiilseadmetest leida kvaliteetseid konversioonisüsteeme, mis varem olid võimalikud vaid väga kallitel professionaalsetel seadmetel.
Peamised tegurid ADC või DAC-i valimisel
Valige sobiv muundur See sõltub suuresti sellest, mida peate tegema. Kvaliteetsete helirakenduste jaoks on hädavajalik otsida DAC-i, millel on a kõrge diskreetimissagedus (CD kvaliteedi jaoks minimaalselt 44.1 kHz) ja piisav biti sügavus (16 või 24 bitti). Lisaks on oluline kaaluda DAC-i võimalust asünkroonne, mis võib pakkuda vigade vähendamist, töötades arvuti põhikellast sõltumatult.
Teisest küljest on tööstuslike või juhtimisrakenduste jaoks vaja ADC-d, mis suudavad kiiresti signaale töödelda ja millel on tõenäoliselt tugevam ja energiatõhusam ehitus. Seda tüüpi rakendustes, nagu HVAC-süsteemi temperatuuri reguleerimine, on ülioluline, et muundur oleks võimeline käsitlema muutuvaid analoogsisendeid ja teisendama need digitaalsignaalideks, mida töödeldakse süsteemi kontrollivas arvutis.