כיצד עובד ממיר דיגיטלי לאנלוגי?

תוֹכֶן

• כיצד עובדים ממירי אודיו דיגיטליים
• הדרכות ADC ו- DAC
• נוסחת ממיר דיגיטלית לאנלוגית
• אדריכלות ADC
• ממיר דיגיטלי לאנלוגי עובד
• יישומים מעשיים של ממירים

אלקטרוניקה וציוד בהם אתה משתמש בחיי היומיום שלך זקוקים להפיכת מקורות נתונים וכניסת קלט לפורמטים אחרים. עבור ציוד שמע דיגיטלי, האופן בו קובץ MP3 מייצר צליל נשען על המרה בין פורמטים אנלוגיים ודיגיטליים של נתונים. ממירים דיגיטליים לאנלוגיים (DAC) לוקחים נתונים דיגיטליים קלטים וממירים אותם לאותות שמע אנלוגיים למטרות אלה.

כיצד עובדים ממירי אודיו דיגיטליים

הצליל שמפיק ציוד שמע זה הם הצורה האנלוגית של נתוני קלט דיגיטלי. ממירים אלה מאפשרים להמיר את השמע מתבנית דיגיטלית, סוג שמע קל ונוח לשימוש שמחשבים ואלקטרוניקה אחרים, לפורמט אנלוגי, העשוי משינויים בלחץ האוויר המייצרים סאונד בעצמו.

DACs לוקחים מספר בינארי של צורת השמע הדיגיטלית והופכים אותו למתח אנלוגי או זרם שכאשר נעשה באופן מלא במהלך השיר, הוא יכול ליצור גל שמע שמייצג את האות הדיגיטלי. זה יוצר את הגרסה האנלוגית של האודיו הדיגיטלי ב"שלבים "של כל קריאה דיגיטלית.

לפני שהוא יוצר את האודיו, ה- DAC יוצר גל מדרגות מדרגות. זהו גל בו יש "קפיצה" קטנה בין כל קריאה דיגיטלית. כדי להמיר קפיצות אלה לקריאה אנלוגית חלקה ורציפה, DACs משתמשים באינטרפולציה. זוהי שיטה להתבונן בשתי נקודות זו לצד זו על גל מדרגות המדרגות ולקבוע את הערכים שביניהם.

זה הופך את הצליל לחלק ופחות מעוות. DAC מפלטים מתחים אלה שהחליקו לצורת גל רציפה. בניגוד ל- DAC, מיקרופון שמרים אותות שמע משתמש בממיר אנלוגי-לדיגיטלי (ADC) כדי ליצור אות דיגיטלי.

הדרכות ADC ו- DAC

בעוד ש- DAC ממיר אות בינארי דיגיטלי לאנלוגי כמו מתח, ADC עושה את ההפך. זה לוקח מקור אנלוגי וממיר אותו לדיגיטלי. המשמשים יחד, עבור DAC, הממיר וממיר ADC יכולים להוות חלק גדול מהטכנולוגיה של הנדסת שמע והקלטה. הדרך בה הם משמשים הופכת ליישומים בטכנולוגיית תקשורת שתוכלו ללמוד עליהם באמצעות מדריך ADC ו- DAC.

באותה דרך מתרגם עשוי להפוך מילים למילים אחרות בין שפות, ADCs ו- DACs עובדים יחד כדי לאפשר לאנשים לתקשר לאורך מרחקים ארוכים. כשאתה מתקשר למישהו בטלפון, הקול שלך מומר לאות חשמל אנלוגי באמצעות מיקרופון.

לאחר מכן, ADC ממיר את האות האנלוגי לאות דיגיטלי. הזרמים הדיגיטליים נשלחים דרך מנות רשת, וכשהם מגיעים ליעד הם הופכים בחזרה לאות חשמל אנלוגי על ידי DAC.

עיצובים אלה חייבים לקחת בחשבון את התכונות של תקשורת באמצעות ADCs ו- DACs. מספר המדידות שה- DAC מבצע בכל שנייה הוא קצב הדגימה או תדירות הדגימה. קצב דגימה גבוה יותר מאפשר למכשירים להשיג דיוק רב יותר. על המהנדסים ליצור ציוד עם מספר גדול של בוטים המייצגים את מספר הצעדים שבהם נעשה שימוש, כמתואר לעיל, כדי לייצג את המתח בנקודת זמן נתונה.

ככל שצעדים רבים יותר, כך הרזולוציה גבוהה יותר. אתה יכול לקבוע את הרזולוציה על ידי לקיחת 2 לעוצמה של מספר הסיביות של ה- DAC או ADC שיוצרים את האות האנלוגי או הדיגיטלי, בהתאמה. עבור ADC של 8 סיביות, הרזולוציה תהיה 256 שלבים.

נוסחת ממיר דיגיטלית לאנלוגית

••• סייד חוסיין אתר

ממיר DAC הופך בינארי לערך מתח. ערך זה הוא תפוקת המתח כפי שניתן לראות בתרשים לעיל. אתה יכול לחשב את מתח היציאה כ V_בחוץ = (V₄ז₄ + V₃ז₃ + V₂ז₂ + V₁ז₁) / (ז₄ + G₃ + G₂ + G₁) עבור המתחים V על פני כל מכשיר הרגעה והמוליכות ז מכל מכשיר. המנחתים הם חלק מהתהליך ביצירת האות האנלוגי להפחתת העיוות. הם מחוברים במקביל כך שכל מוליכות פרטנית מסכמת דרך זו באמצעות נוסחת הממיר הדיגיטלי לאנלוגי.

אתה יכול להשתמש משפט Thevenins לקשר את ההתנגדות של כל מנחה להתנהגותו. ה התנגדות התנין הוא R_t = 1 / (ז₁ + G₂ + G₃ + G₄). משפט Thevenins קובע, "כל מעגל לינארי המכיל מספר מתחים והתנגדות ניתן להחליף במתח יחיד אחד בלבד בסדרה עם התנגדות יחידה המחוברת בין העומס." זה מאפשר לך לחשב כמויות ממעגל מורכב כאילו היה פשוט.

זכור שאתה יכול להשתמש גם חוק אוהם, V = IR למתח V, נוכחי אני והתנגדות ר כאשר מתמודדים עם מעגלים אלו וכל נוסחת ממיר דיגיטלית לאנלוגית. אם אתה יודע את ההתנגדות של ממיר DAC, אתה יכול להשתמש במעגל עם ממיר DAC בו כדי למדוד את מתח היציאה או הזרם.

אדריכלות ADC

ישנם רבים פופולריים אדריכלות ADC כמו מרשם קירוב עוקב (SAR), דלתא-סיגמא (∆∑) וממירי צנרת. ה- SAR הופך אות אנלוגי קלט לאות דיגיטלי על ידי "החזקת" האות. המשמעות היא חיפוש בצורת הגל האנלוגית הרציפה באמצעות חיפוש בינארי הבודק את כל רמות הכימות של האפשרויות לפני שמוצאים פלט דיגיטלי לכל המרה.

כימות היא שיטה למיפוי קבוצה גדולה של ערכי קלט מצורת גל רציפה לערכי פלט שהם פחות במספרם. בדרך כלל קל לשימוש ב- SAR ADCs עם צריכת חשמל נמוכה יותר ודיוק גבוה.

עיצובים של דלתא-סיגמא מצא את הממוצע של המדגם לאורך הזמן בו הוא משתמש כאיתות דיגיטלי לקלט. הממוצע על פני הפרש הזמן של האות עצמו מיוצג באמצעות הסמלים היווניים דלתא (∆) וסיגמה (∑), ומעניקים לו את שמו. לשיטה זו של ADCs יש רזולוציה גבוהה ויציבות גבוהה עם צריכת חשמל נמוכה ועלות.

סוף סוף, ממירי צנרת השתמש בשני שלבים ש"מחזיקים "אותו כמו שיטות SAR ואת האות דרך שלבים שונים כמו ADCs פלאש ומפחיתים. ADC הבזק משווה כל אות מתח קלט לאורך מדגם קטן של זמן למתח ייחוס ליצירת פלט דיגיטלי בינארי. בדרך כלל אותות צינור נמצאים ברוחב פס גבוה יותר, אך עם רזולוציה נמוכה יותר וצריכים יותר כוח להפעלה.

ממיר דיגיטלי לאנלוגי עובד

עיצוב DAC נרחב לשימוש אחד הוא רשת R-2R. זה משתמש בשני ערכי נגדים האחד גדול כפליים מזה. זה מאפשר לקנה מידה של R-2R בקלות כשיטה לשימוש בנגדים בכדי להחליש ולהפוך את האות הדיגיטלי הקלט ולהפוך את הממיר הדיגיטלי לאנלוגי.

א נגד משקל בינארי היא דוגמא נפוצה נוספת ל- DAC. מכשירים אלה משתמשים בנגדים עם יציאות שנפגשים בנגד היחיד המסכם את ההתנגדות. החלקים המשמעותיים יותר של הזרם הדיגיטלי הקלט יתנו זרם פלט גדול יותר. ביטים רבים יותר ברזולוציה זו יאפשרו לזרום רב יותר של זרם.

יישומים מעשיים של ממירים

תקליטורי MP3 ותקליטור שומרים אותות שמע בפורמטים דיגיטליים. משמעות הדבר היא ש- DAC משמשים בנגני CD ובהתקנים דיגיטליים אחרים המפיקים צלילים כמו כרטיסי קול למחשבים ומשחקי וידאו. ניתן להשתמש ב- DACs שיוצרים פלט אנלוגי ברמת הקווים במגברים או אפילו ברמקולים USB.

יישומים אלה של DACs מסתמכים בדרך כלל על מתח כניסה קבוע או זרם כדי ליצור את מתח היציאה ולקבל את הממיר הדיגיטלי לאנלוגי. הכפלת DACs יכולה להשתמש במתח קלט או במקורות זרם משתנים, אך יש להם אילוצים על רוחב הפס בהם הם יכולים להשתמש.