DAC (Цифрово-аналогов) и ADC (Аналогово-цифров) преобразуватели са основни компоненти в много електронни устройства, които използваме ежедневно, тъй като те позволяват цифровата числена информация да бъде преобразувана в аналогови сигнали, като звук, и обратно. Ако някога сте се чудили как дигиталната музика преминава от поредица от единици и нули до нещо, което ушите ви могат да чуят, или как микрофонът преобразува гласа ви в данни за обработка от компютър, отговорът се крие в тези преобразуватели. Разбирането как работи е не само завладяващо, но е и ключово за тези, които искат да навлязат в областта на електрониката, аудиото или просто да имат повече технически познания за технологиите, които ни заобикалят.
Тези устройства, въпреки че звучат сложно, извършват процес, който е доста лесен за описване, но на практика изисква висока прецизност и напреднала технология. В тази статия ще разбием как работи, основните му характеристики, видовете, които съществуват и къде се използват в ежедневието, така че всичко да ви е ясно.
Какво е DAC конвертор и за какво служи?
Un цифрово-аналогов преобразувател, известен също като DAC (Цифрово-аналогов преобразувател), е устройство, което взема цифрова информация, обикновено представена в двоичен код (последователност от 0 и 1), и я преобразува в непрекъснат аналогов сигнал, тъй като можете да бъдете аудио сигнал. Този аналогов сигнал е това, което след това можете да слушате през високоговорители, слушалки или всяко друго аудио изходно устройство.
La резолюция на DAC е един от най-важните параметри, тъй като определя точността на получения аналогов сигнал. Разделителната способност е пряко свързана с броя на битовете на преобразувателя: 8-битов ЦАП има по-малка точност от 16-битов, например. Един добър DAC може значително да подобри качеството на цифровия звук, какъвто е случаят с висококачествените музикални плейъри.
Друг важен аспект е неговият време за реакция, тоест скоростта, с която можете да извършите преобразуването. Това е от решаващо значение при висококачествени аудио приложения, където латентността трябва да е минимална. Освен това DAC могат да имат различни типове изход: някои може да са ток, други напрежение и спецификациите на производителя описват подробно тези разлики.
Какво е ADC преобразувател?
От друга страна, цифров аналогов преобразувател (ADC, аналогово-цифров преобразувател) изпълнява обратната операция. Той взема аналогов сигнал, като вашия глас, уловен от микрофон, температура, измерена от сензор, или сигнал за напрежение, и го преобразува в цифрови данни, които могат да бъдат обработени от компютър или друго електронно устройство.
ADC работи чрез процес, известен като вземане на проби y количествено определяне. Вземането на проби включва "нарязване" на сигнала на различни интервали от време и записване на стойността на аналоговия сигнал във всяка от тези точки. След това се извършва количествено определяне, което се състои в присвояване на тази стойност на цифрово число с помощта на система за кодиране. Честотата на дискретизация, измерена в kHz, е жизненоважен фактор за качеството на преобразуването; Колкото по-висока е честотата на дискретизация, толкова по-точно е преобразуването.
Процесът на вземане на проби и количествено определяне в ADC
Първото нещо, което прави ADC, е да измерва аналоговия сигнал на периодични интервали, които наричаме вземане на проби. Това се изразява в честотата на семплиране и зависи от това какво искате да конвертирате. За аудио, например, стандартната честота обикновено е 44.1 kHz, която се използва в компактдискове и е два пъти по-висока от максималната честота, която хората могат да чуят, 20 kHz. Тук прилагаме Теорема за вземане на проби на Найкуист, който гласи, че честотата на дискретизация трябва да бъде по-голяма от два пъти максималната честота на сигнала, за да се избегне изкривяване.
След това, количествено определяне, което основно присвоява всяка извадена стойност на цифрово число. Броят на битовете, използвани за представяне на всяка проба, е това, което определя битова дълбочина. Колкото по-голяма битова дълбочина има ADC, толкова по-точно е представен оригиналният аналогов сигнал.
Видове ADC и DAC: Колко са?
Има няколко видове ADC и DACи всеки има своите предимства и недостатъци в зависимост от нуждите от прецизност и скорост на преобразуване. Сред най-често срещаните ADC са последователни приближения, Сигма-Делта y канализация.
Последователното приближение ADC, или SAR, е едно от най-популярните, защото предлага a ниска консумация на енергия и е доста точно, въпреки че не е най-бързият. Той работи, като взема аналоговия сигнал и го сравнява стъпка по стъпка със стойности от вътрешен DAC, докато се постигне възможно най-добрата цифрова оценка. Те са идеални за приложения, при които не е необходимо свръхбързо преобразуване.
От своя страна Sigma-Delta ADC има предимството да предлага a много висока резолюция, което го прави идеален за аудио приложения или прецизни измервания. Скоростта му на преобразуване обаче е по-бавна.
И накрая, тръбопроводните ADC са най-бързите и се използват в приложения, където голямо количество данни трябва да бъдат обработени за кратко време, като например в телекомуникационни системи или ултразвукови изображения. Те са по-сложни и обикновено консумират повече енергия от другите видове ADC.
Най-често срещаните ЦАП
Що се отнася до DAC, можем да направим разлика между тези на стълба R-2R, The резистивна верига и двоично претеглено. Двоично претеглените DAC са най-основните, базирани на комбинация от резистори, които позволяват преобразуването на двоични стойности в съответните аналогови напрежения. Те обаче създават проблеми с прецизността при работа с много високи числа.
Междувременно R-2R ladder DAC е по-прецизен и мащабируем, използвайки само две стойности на резистора, което го прави много популярен модел в индустрията. Различни версии на този тип DAC присъстват в широка гама от електронни устройства.
Приложения на АЦП и ЦАП
DAC и ADC преобразувателите имат голям брой практически приложения. В случая на КПР, са жизненоважни в аудио устройства като CD плейъри, звукови карти за компютри и съвременни висококачествени музикални плейъри. The Външни ЦАП Те често се използват от аудиофили, които искат да подобрят качеството на звука на своите системи. Те често се свързват към CD плейъри или компютри и след това се свързват към усилвател за преобразуване на цифрови сигнали в аналогови с по-голяма точност и качество.
От друга страна, ADC Те са от съществено значение в оборудване като напр микрофони, цифрови камери и всяка система, която събира аналогов сигнал и трябва да го обработи в цифров формат. Един компютър сам по себе си не може да разбере чисто аналогов сигнал; Ще се нуждае от ADC, за да го преобразува в цифрови данни, преди да ги обработи.
В много системи, като напр аудио интерфейси За звукозаписни студия ADC и DAC работят заедно. ADC приема сигнала от микрофона и го трансформира в цифрови данни, така че софтуерът да може да ги обработва, да прилага ефекти и т.н. След това DAC взема обработените данни и ги преобразува обратно в аналогови сигнали, така че да могат да се възпроизвеждат през слушалки или високоговорители.
История и еволюция на конверторите
Първата голяма стъпка в еволюцията на ADC и DAC в аудио индустрията беше изобретяването на записа на лента. Въпреки че първоначално беше аналогова, естеството на тази технология позволи на инженерите да експериментират с различни начини за дигитализиране на сигнала. Първите комерсиални приложения на ADC/DAC започнаха през 70-те години на миналия век, когато компании като Sony пуснаха усъвършенствани цифрови записващи устройства, които позволяваха аудиото да бъде записвано, редактирано и обработвано цифрово. Пристигането на CD през 80-те години, със своето качество от 44.1 kHz, беше ключов момент в популяризирането на тази технология, а малко след това професионални изследвания Те започнаха да използват тези преобразуватели систематично.
Днес, благодарение на напредъка в полупроводниковата технология, ADC и DAC са миниатюризирани до степен, че се побират в малки интегрални схеми, което ги прави по-бързи, по-точни и по-достъпни за широката публика. Сега, дори и на мобилни устройства, можем да намерим висококачествени системи за преобразуване, които преди бяха възможни само на много скъпо професионално оборудване.
Ключови фактори за избор на ADC или DAC
Изберете подходящ конвертор До голяма степен зависи от това какво трябва да направите. За висококачествени аудио приложения е наложително да се търси DAC с a висока честота на дискретизация (минимум 44.1 kHz за CD качество) и достатъчно битова дълбочина (16 или 24 бита). Освен това е важно да се обмисли опцията за DAC асинхронен, който може да предложи намаляване на грешките, като работи независимо от главния часовник на компютъра.
От друга страна, за промишлени или контролни приложения ще ви трябва ADC, който може бързо да обработва сигнали и вероятно има по-здрава и енергийно ефективна конструкция. В този тип приложения, като например контролиране на температурата на HVAC система, от решаващо значение е преобразувателят да може да обработва променливи аналогови входове и да ги преобразува в цифрови сигнали, които да бъдат обработени от компютър, който управлява системата.