DAC (Digital to Analog) un ADC (Analog to Digital) pārveidotāji ir būtiskas sastāvdaļas daudzās elektroniskās ierīcēs, kuras mēs izmantojam ikdienā, jo tie ļauj digitālo skaitlisko informāciju pārveidot analogos signālos, piemēram, skaņā, un otrādi. Ja kādreiz esat prātojies, kā digitālā mūzika no vieninieku un nulles virknes kļūst par kaut ko tādu, ko jūsu ausis dzird, vai kā mikrofons pārvērš jūsu balsi datos, ko dators var apstrādāt, atbilde ir šajos pārveidotājos. Izpratne par tā darbību ir ne tikai aizraujoša, bet arī svarīga tiem, kas vēlas iekļūt elektronikas, audio jomā vai vienkārši iegūt vairāk tehnisko zināšanu par tehnoloģijām, kas mūs ieskauj.
Šīs ierīces, lai arī izklausās sarežģītas, veic procesu, ko ir diezgan vienkārši aprakstīt, taču praksē ir nepieciešama augsta precizitāte un progresīvas tehnoloģijas. Šajā rakstā mēs noskaidrosim, kā tas darbojas, tās galvenās īpašības, pastāvošos veidus un to, kur tie tiek izmantoti ikdienas dzīvē, lai jums viss būtu skaidrs.
Kas ir DAC pārveidotājs un kam tas paredzēts?
Un ciparu uz analogo pārveidotājs, kas pazīstams arī kā DAC (Digital to Analog Converter), ir ierīce, kas ņem digitālo informāciju, kas parasti tiek attēlota binārā kodā (0s un 1s secība), un pārvērš to nepārtrauktā analogā signālā, kā jūs varat būt audio. signāls. Šo analogo signālu varat klausīties, izmantojot skaļruņus, austiņas vai jebkuru citu audio izvades ierīci.
La rezolūcija DAC ir viens no svarīgākajiem parametriem, jo tas nosaka iegūtā analogā signāla precizitāti. Izšķirtspēja ir tieši saistīta ar pārveidotāja bitu skaitu: piemēram, 8 bitu DAC ir mazāka precizitāte nekā 16 bitu. Labs DAC var ievērojami uzlabot digitālā audio kvalitāti, kā tas ir augstas precizitātes mūzikas atskaņotāju gadījumā.
Vēl viens būtisks aspekts ir tā reakcijas laiks, tas ir, ātrums, kādā varat veikt konvertēšanu. Tas ir ļoti svarīgi augstas kvalitātes audio lietojumprogrammās, kur latentumam jābūt minimālam. Turklāt DAC var būt arī dažāda veida izvadi: daži var būt strāva, citi – spriegums, un ražotāja specifikācijās ir norādītas šīs atšķirības.
Kas ir ADC pārveidotājs?
Turklāt digitālais analogais pārveidotājs (ADC, Analog to Digital Converter) veic pretēju darbību. Tas izmanto analogo signālu, piemēram, jūsu balsi, ko uztver mikrofons, temperatūru, ko mēra ar sensoru, vai sprieguma signālu, un pārvērš to ciparu datos, ko var apstrādāt dators vai cita elektroniska ierīce.
ADC darbojas, izmantojot procesu, kas pazīstams kā paraugu ņemšana y kvantitatīvā noteikšana. Paraugu ņemšana ietver signāla "šķelšanu" dažādos laika intervālos un analogā signāla vērtības reģistrēšanu katrā no šiem punktiem. Pēc tam tiek veikta kvantitatīva noteikšana, kas sastāv no šīs vērtības piešķiršanas ciparu skaitlim, izmantojot kodēšanas sistēmu. Paraugu ņemšanas ātrums, ko mēra kHz, ir būtisks faktors konvertēšanas kvalitātē; Jo augstāks izlases ātrums, jo precīzāks ir reklāmguvums.
Paraugu ņemšanas un kvantitatīvās noteikšanas process ADC
Pirmā lieta, ko ADC dara, ir analogā signāla mērīšana periodiskos intervālos, ko mēs saucam paraugu ņemšana. Tas ir izteikts paraugu ņemšanas frekvencē un ir atkarīgs no tā, ko vēlaties konvertēt. Piemēram, audio standarta frekvence parasti ir 44.1 kHz, kas tiek izmantota kompaktdiskos un ir divreiz lielāka par maksimālo frekvenci, ko cilvēki var dzirdēt, 20 kHz. Šeit mēs pielietojam Nikvista izlases teorēma, kurā teikts, ka iztveršanas ātrumam jābūt lielākam par divreiz lielāku signāla maksimālo frekvenci, lai izvairītos no kropļojumiem.
Tālāk, kvantitatīvā noteikšana, kas būtībā ir katras izlases vērtības piešķiršana digitālam skaitlim. Katra parauga attēlošanai izmantoto bitu skaits ir tas, kas nosaka bitu dziļums. Jo lielāks bitu dziļums ir ADC, jo precīzāk tiek attēlots sākotnējais analogais signāls.
ADC un DAC veidi: cik to ir?
Vairāki ADC un DAC veidi, un katram ir savas priekšrocības un trūkumi atkarībā no precizitātes un konversijas ātruma vajadzībām. Starp visizplatītākajiem ADC ir secīgi tuvinājumi, Sigma-Delta y kanalizācija.
Secīgā aproksimācija ADC jeb SAR ir viena no populārākajām, jo piedāvā a mazs enerģijas patēriņš un tas ir diezgan nepieciešams, lai gan tas nav ātrākais. Tas darbojas, ņemot analogo signālu un soli pa solim salīdzinot to ar vērtībām no iekšējā DAC, līdz tiek sasniegts labākais iespējamais digitālais novērtējums. Tie ir lieliski piemēroti lietojumprogrammām, kur nav nepieciešama īpaši ātra pārveidošana.
Savukārt Sigma-Delta ADC ir priekšrocība, piedāvājot a ļoti augsta izšķirtspēja, padarot to ideāli piemērotu audio lietojumiem vai precīziem mērījumiem. Tomēr tā konversijas ātrums ir lēnāks.
Visbeidzot, cauruļvadu ADC ir ātrākie, un tos izmanto lietojumprogrammās, kurās īsā laikā ir jāapstrādā liels datu apjoms, piemēram, telekomunikāciju sistēmās vai ultraskaņas attēlveidošanā. Tie ir sarežģītāki un parasti patērē vairāk enerģijas nekā cita veida ADC.
Visizplatītākie DAC
Attiecībā uz DAC mēs varam atšķirt tos kāpnes R-2R, pretestības ķēde un bināri svērti. Bināri svērtie DAC ir visvienkāršākie, pamatojoties uz rezistoru kombināciju, kas ļauj pārveidot binārās vērtības atbilstošos analogajos spriegumos. Tomēr tie rada precizitātes problēmas, strādājot ar ļoti lieliem skaitļiem.
Tikmēr R-2R kāpnes DAC ir precīzākas un mērogojamākas, izmantojot tikai divas rezistoru vērtības, padarot to par ļoti populāru modeli šajā nozarē. Dažādas šāda veida DAC versijas ir pieejamas plašā elektronisko ierīču klāstā.
ADC un DAC pielietojumi
DAC un ADC pārveidotājiem ir daudz praktisku pielietojumu. Gadījumā, DAC, ir ļoti svarīgi tādās audio ierīcēs kā CD atskaņotāji, skaņas kartes datoriem un mūsdienīgi augstas precizitātes mūzikas atskaņotāji. The Ārējie DAC Tos bieži izmanto audiofili, kas vēlas uzlabot savu sistēmu audio kvalitāti. Tie bieži ir savienoti ar CD atskaņotājiem vai datoriem un pēc tam savienoti ar pastiprinātāju, lai ciparu signālus pārveidotu analogos ar lielāku precizitāti un kvalitāti.
No otras puses ADC Tie ir būtiski aprīkojumā, piemēram, mikrofoni, digitālās kameras un jebkura sistēma, kas savāc analogo signālu un ir jāapstrādā digitālā formātā. Dators pats par sevi nevar saprast tīri analogo signālu; Pirms apstrādes būtu nepieciešams ADC, lai to pārveidotu ciparu datos.
Daudzās sistēmās, piemēram audio saskarnes Ierakstu studijās gan ADC, gan DAC darbojas kopā. ADC ņem signālu no mikrofona un pārveido to ciparu datos, lai programmatūra varētu to apstrādāt, lietot efektus utt. Pēc tam DAC ņem apstrādātos datus un pārvērš tos atpakaļ analogajos signālos, lai tos varētu atskaņot austiņās vai skaļruņos.
Pārveidotāju vēsture un attīstība
Pirmais lielais solis ADC un DAC attīstībā audio industrijā bija lentes ierakstīšanas izgudrojums. Lai gan sākotnēji šī tehnoloģija bija analoga, tās būtība ļāva inženieriem eksperimentēt ar dažādiem signāla digitalizācijas veidiem. Pirmās komerciālās ADC/DAC lietojumprogrammas sākās 70. gados, kad tādi uzņēmumi kā Sony izlaida modernus digitālos ierakstītājus, kas ļāva ierakstīt, rediģēt un apstrādāt audio digitāli. Ierašanās CD 80. gados ar 44.1 kHz kvalitāti bija galvenais brīdis šīs tehnoloģijas popularizēšanā, un neilgi pēc tam profesionālās studijas Viņi sāka sistemātiski izmantot šos pārveidotājus.
Mūsdienās, pateicoties pusvadītāju tehnoloģiju attīstībai, ADC un DAC ir tiktāl samazināti, ka tie iekļaujas mazās integrālajās shēmās, padarot tos ātrākus, precīzākus un pieejamākus plašai sabiedrībai. Tagad pat mobilajās ierīcēs mēs varam atrast augstas kvalitātes konvertēšanas sistēmas, kas iepriekš bija iespējamas tikai ar ļoti dārgu profesionālo aprīkojumu.
Galvenie faktori, izvēloties ADC vai DAC
Izvēlieties piemērots pārveidotājs Tas lielā mērā ir atkarīgs no tā, kas jums jādara. Augstas kvalitātes audio lietojumprogrammām obligāti jāmeklē DAC ar a augsts paraugu ņemšanas ātrums (minimālais 44.1 kHz CD kvalitātei) un pietiekams bitu dziļums (16 vai 24 biti). Turklāt ir svarīgi apsvērt DAC iespēju asinhrons, kas var piedāvāt kļūdu samazināšanu, strādājot neatkarīgi no datora galvenā pulksteņa.
No otras puses, rūpnieciskiem vai vadības lietojumiem jums būs nepieciešams ADC, kas var ātri apstrādāt signālus un, iespējams, ir izturīgāks un energoefektīvāks. Šāda veida lietojumprogrammās, piemēram, HVAC sistēmas temperatūras regulēšanā, ir ļoti svarīgi, lai pārveidotājs spētu apstrādāt mainīgas analogās ievades un pārvērst tos ciparu signālos, kas jāapstrādā datorā, kas kontrolē sistēmu.