Převodníky DAC (Digital to Analog) a ADC (Analog to Digital) jsou nezbytnými součástmi mnoha elektronických zařízení, která denně používáme, protože umožňují převod digitálních numerických informací na analogové signály, jako je zvuk, a naopak. Pokud jste někdy přemýšleli, jak se digitální hudba mění od řady jedniček a nul k něčemu, co vaše uši slyší, nebo jak mikrofon převádí váš hlas na data, která může počítač zpracovat, odpověď leží v těchto převodnících. Pochopení toho, jak to funguje, je nejen fascinující, ale je také klíčové pro ty, kteří chtějí vstoupit do oblasti elektroniky, audia nebo prostě mají více technických znalostí o technologii, která nás obklopuje.
Tato zařízení, i když zní složitě, provádějí proces, který je poměrně jednoduchý na popis, ale v praxi vyžaduje vysokou přesnost a pokročilou technologii. V tomto článku rozebereme, jak to funguje, jeho hlavní charakteristiky, typy, které existují a kde se používají v každodenním životě, aby vám bylo vše jasné.
Co je to DAC převodník a k čemu slouží?
Un digitálně analogový převodník, také známý jako DAC (Digital to Analog Converter), je zařízení, které přijímá digitální informace, obvykle reprezentované v binárním kódu (sekvence 0s a 1s), a převádí je na spojitý analogový signál, jak můžete být audio signál. Tento analogový signál pak můžete poslouchat prostřednictvím reproduktorů, sluchátek nebo jakéhokoli jiného výstupního zvukového zařízení.
La řešení DAC je jedním z nejdůležitějších parametrů, protože určuje přesnost výsledného analogového signálu. Rozlišení přímo souvisí s počtem bitů převodníku: 8bitový DAC má menší přesnost než například 16bitový. Dobrý DAC může výrazně zlepšit kvalitu digitálního zvuku, jako je tomu u hudebních přehrávačů s vysokou věrností.
Dalším relevantním aspektem je jeho doba odezvy, tedy rychlost, s jakou můžete konverzi provést. To je zásadní ve vysoce kvalitních audio aplikacích, kde musí být latence minimální. Kromě toho mohou mít DAC různé typy výstupu: některé mohou být proudové, jiné napěťové a specifikace výrobce tyto rozdíly podrobně popisují.
Co je převodník ADC?
Kromě toho, digitální analogový převodník (ADC, analogově digitální převodník) provádí opačnou operaci. Přebírá analogový signál, jako je váš hlas zachycený mikrofonem, teplota naměřená senzorem nebo napěťový signál, a převádí je na digitální data, která lze zpracovat počítačem nebo jiným elektronickým zařízením.
ADC pracuje prostřednictvím procesu známého jako vzorkování y kvantifikace. Vzorkování zahrnuje „řezání“ signálu v různých časových intervalech a záznam hodnoty analogového signálu v každém z těchto bodů. Dále se provádí kvantifikace, která spočívá v přiřazení této hodnoty digitálnímu číslu pomocí kódovacího systému. Vzorkovací frekvence, měřená v kHz, je zásadním faktorem kvality převodu; Čím vyšší je vzorkovací frekvence, tím přesnější je převod.
Proces vzorkování a kvantifikace v ADC
První věc, kterou ADC dělá, je měření analogového signálu v periodických intervalech, které nazýváme vzorkování. To je vyjádřeno vzorkovací frekvencí a závisí na tom, co chcete převést. Například pro zvuk je standardní frekvence obvykle 44.1 kHz, která se používá u disků CD a je dvojnásobkem maximální frekvence, kterou lidé mohou slyšet, 20 kHz. Zde aplikujeme Nyquistův teorém o vzorkování, který uvádí, že vzorkovací frekvence by měla být větší než dvojnásobek maximální frekvence signálu, aby nedošlo ke zkreslení.
Dále, kvantifikace, což je v podstatě přiřazení každé vzorkované hodnotě digitálnímu číslu. Počet bitů použitých k reprezentaci každého vzorku je to, co určuje bitová hloubka. Čím větší bitovou hloubku má ADC, tím přesněji je reprezentován původní analogový signál.
Typy ADC a DAC: Kolik jich je?
Existuje několik typy ADC a DACa každý má své výhody a nevýhody v závislosti na potřebách přesnosti a rychlosti konverze. Mezi nejběžnější ADC patří postupné aproximace, Sigma-Delta y kanalizace.
Postupná aproximace ADC neboli SAR je jednou z nejoblíbenějších, protože nabízí a nízká spotřeba energie a je to docela přesný, i když není nejrychlejší. Funguje tak, že vezme analogový signál a krok za krokem jej porovnává s hodnotami z interního DAC, dokud není dosaženo nejlepšího možného digitálního odhadu. Jsou ideální pro aplikace, kde není potřeba ultrarychlá konverze.
Sigma-Delta ADC má tu výhodu, že nabízí a velmi vysoké rozlišení, takže je ideální pro audio aplikace nebo přesná měření. Jeho rychlost konverze je však nižší.
A konečně, potrubní ADC jsou nejrychlejší a používají se v aplikacích, kde je potřeba zpracovat velké množství dat v krátkém čase, jako jsou telekomunikační systémy nebo ultrazvukové zobrazování. Ty jsou složitější a obvykle spotřebovávají více energie než jiné typy ADC.
Nejběžnější DAC
Pokud jde o DAC, můžeme rozlišovat mezi těmi z žebřík R-2R, odporový řetěz a binárně vážený. Binární vážené DAC jsou nejzákladnější, založené na kombinaci odporů, které umožňují převod binárních hodnot na odpovídající analogová napětí. Při práci s velmi vysokými čísly však představují problémy s přesností.
Žebříkový DAC R-2R je mezitím přesnější a škálovatelnější, protože používá pouze dvě hodnoty odporu, což z něj dělá velmi oblíbený model v průmyslu. Různé verze tohoto typu DAC jsou přítomny v široké řadě elektronických zařízení.
Aplikace ADC a DAC
DAC a ADC převodníky mají velké množství praktických aplikací. V případě DAC, jsou životně důležité v audio zařízeních, jako jsou např CD přehrávače, zvukové karty pro počítače a moderní hi-fi hudební přehrávače. The Externí DAC Často je používají audiofilové, kteří chtějí zlepšit kvalitu zvuku svých systémů. Často jsou připojeny k CD přehrávačům nebo počítačům a poté připojeny k zesilovači, aby převáděly digitální signály na analogové s větší přesností a kvalitou.
Na druhé straně Pobočník Jsou nezbytné ve výbavě jako např mikrofony, digitální fotoaparáty a jakýkoli systém, který shromažďuje analogový signál a potřebuje jej zpracovat v digitálním formátu. Počítač sám o sobě nemůže rozumět čistě analogovému signálu; Před zpracováním by potřeboval ADC, který by je převedl na digitální data.
V mnoha systémech, jako např audio rozhraní V nahrávacích studiích ADC i DAC spolupracují. ADC přebírá signál z mikrofonu a převádí jej na digitální data, aby jej software mohl zpracovat, aplikovat efekty atd. DAC poté vezme zpracovaná data a převede je zpět na analogové signály, takže je lze přehrávat přes sluchátka nebo reproduktory.
Historie a vývoj konvertorů
Prvním velkým krokem ve vývoji ADC a DAC v audio průmyslu byl vynález magnetofonového záznamu. Přestože byla původně analogová, povaha této technologie umožnila inženýrům experimentovat s různými způsoby digitalizace signálu. První komerční aplikace ADC/DAC začaly v 70. letech XNUMX. století, kdy společnosti jako Sony uvedly na trh pokročilé digitální rekordéry, které umožňovaly záznam, úpravu a digitální zpracování zvuku. Příjezd CD v 80. letech byl se svou kvalitou 44.1 kHz klíčovým momentem v popularizaci této technologie a krátce poté odborné studium Začali tyto měniče systematicky využívat.
Dnes, díky pokrokům v technologii polovodičů, byly ADC a DAC miniaturizovány do té míry, že se vejdou do malých integrovaných obvodů, díky čemuž jsou rychlejší, přesnější a dostupnější pro širokou veřejnost. Nyní i na mobilních zařízeních najdeme vysoce kvalitní konverzní systémy, které byly dříve možné pouze na velmi drahém profesionálním vybavení.
Klíčové faktory pro výběr ADC nebo DAC
Zvolte možnost vhodný převodník Do značné míry záleží na tom, co musíte udělat. Pro vysoce kvalitní audio aplikace je nutné hledat DAC s a vysoká vzorkovací frekvence (minimálně 44.1 kHz pro CD kvalitu) a dostačující bitová hloubka (16 nebo 24 bitů). Kromě toho je důležité zvážit možnost DAC asynchronní, který může nabídnout redukci chyb tím, že pracuje nezávisle na hlavních hodinách počítače.
Na druhou stranu pro průmyslové nebo řídicí aplikace budete potřebovat ADC, které dokáže rychle zpracovat signály a pravděpodobně má robustnější a energeticky účinnější konstrukci. V tomto typu aplikací, jako je řízení teploty systému HVAC, je klíčové, aby byl převodník schopen zpracovávat proměnné analogové vstupy a převádět je na digitální signály, které mají být zpracovány počítačem, který řídí systém.