Prevodníky DAC (Digital to Analog) a ADC (Analog to Digital) sú základnými komponentmi v mnohých elektronických zariadeniach, ktoré denne používame, pretože umožňujú konverziu digitálnych numerických informácií na analógové signály, ako je zvuk, a naopak. Ak ste sa niekedy zamýšľali nad tým, ako sa digitálna hudba mení zo série jednotiek a núl na niečo, čo vaše uši počujú, alebo ako mikrofón konvertuje váš hlas na dáta, ktoré môže spracovať počítač, odpoveď spočíva v týchto prevodníkoch. Pochopenie toho, ako to funguje, je nielen fascinujúce, ale je to kľúčové aj pre tých, ktorí chcú vstúpiť do oblasti elektroniky, audia alebo majú jednoducho viac technických znalostí o technike, ktorá nás obklopuje.
Tieto zariadenia, aj keď znejú zložito, vykonávajú proces, ktorý sa dá celkom jednoducho opísať, no v praxi si vyžaduje vysokú presnosť a pokročilú technológiu. V tomto článku sa pokúsime rozobrať, ako to funguje, jeho hlavné charakteristiky, typy, ktoré existujú a kde sa používajú v každodennom živote, aby vám bolo všetko jasné.
Čo je to DAC prevodník a na čo slúži?
Un digitálny na analógový prevodník, tiež známy ako DAC (Digital to Analog Converter), je zariadenie, ktoré prijíma digitálne informácie, zvyčajne reprezentované v binárnom kóde (sekvencia 0s a 1s), a konvertuje ich na súvislý analógový signál, ako môžete byť audio signál. Tento analógový signál potom môžete počúvať cez reproduktory, slúchadlá alebo akékoľvek iné výstupné zvukové zariadenie.
La riešenie DAC je jedným z najdôležitejších parametrov, pretože určuje presnosť výsledného analógového signálu. Rozlíšenie priamo súvisí s počtom bitov prevodníka: 8-bitový DAC má menšiu presnosť ako napríklad 16-bitový. Dobrý DAC môže výrazne zlepšiť kvalitu digitálneho zvuku, ako je to v prípade hudobných prehrávačov s vysokou vernosťou.
Ďalším dôležitým aspektom je jeho doba odozvy, teda rýchlosť, akou môžete vykonať konverziu. To je rozhodujúce vo vysokokvalitných audio aplikáciách, kde musí byť latencia minimálna. Okrem toho môžu mať DAC rôzne typy výstupu: niektoré môžu byť prúdové, iné napäťové a špecifikácie výrobcu podrobne uvádzajú tieto rozdiely.
Čo je to ADC prevodník?
Na druhej strane digitálny analógový prevodník (ADC, analógovo-digitálny prevodník) vykoná opačnú operáciu. Berie analógový signál, ako napríklad váš hlas zachytený mikrofónom, teplotu nameranú senzorom alebo napäťový signál, a konvertuje ho na digitálne údaje, ktoré môže spracovať počítač alebo iné elektronické zariadenie.
ADC funguje prostredníctvom procesu známeho ako vzorkovanie y kvantifikácia. Vzorkovanie zahŕňa „rezanie“ signálu v rôznych časových intervaloch a zaznamenávanie hodnoty analógového signálu v každom z týchto bodov. Ďalej sa vykoná kvantifikácia, ktorá pozostáva z priradenia tejto hodnoty digitálnemu číslu pomocou kódovacieho systému. Vzorkovacia frekvencia meraná v kHz je dôležitým faktorom kvality prevodu; Čím vyššia je vzorkovacia frekvencia, tým presnejší je prevod.
Proces odberu vzoriek a kvantifikácie v ADC
Prvá vec, ktorú ADC robí, je meranie analógového signálu v periodických intervaloch, ktoré nazývame vzorkovanie. To je vyjadrené vo vzorkovacej frekvencii a závisí od toho, čo chcete konvertovať. Napríklad pre zvuk je štandardná frekvencia zvyčajne 44.1 kHz, ktorá sa používa na diskoch CD a je dvojnásobkom maximálnej frekvencie, ktorú ľudia môžu počuť, 20 kHz. Tu aplikujeme Nyquistova vzorkovacia veta, v ktorom sa uvádza, že vzorkovacia frekvencia by mala byť väčšia ako dvojnásobok maximálnej frekvencie signálu, aby sa predišlo skresleniu.
Ďalej, kvantifikácia, čo je v podstate priradenie každej vzorkovanej hodnoty k digitálnemu číslu. Počet bitov použitých na reprezentáciu každej vzorky je to, čo určuje bitová hĺbka. Čím väčšiu bitovú hĺbku má ADC, tým presnejšie je reprezentovaný pôvodný analógový signál.
Typy ADC a DAC: Koľko ich je?
Existuje niekoľko typy ADC a DACa každý má svoje výhody a nevýhody v závislosti od potrieb presnosti a rýchlosti konverzie. Medzi najbežnejšie ADC patria postupné aproximácie, Sigma-Delta y kanalizácia.
Postupná aproximácia ADC alebo SAR je jednou z najpopulárnejších, pretože ponúka a nízka spotreba energie a je to celkom nevyhnutné, aj keď to nie je najrýchlejšie. Funguje tak, že vezme analógový signál a krok za krokom ho porovnáva s hodnotami z interného DAC, kým sa nedosiahne najlepší možný digitálny odhad. Sú ideálne pre aplikácie, kde nie je potrebná ultra rýchla konverzia.
Sigma-Delta ADC má tú výhodu, že ponúka a veľmi vysoké rozlíšenie, vďaka čomu je ideálny pre audio aplikácie alebo presné merania. Jeho rýchlosť konverzie je však nižšia.
Nakoniec, potrubné ADC sú najrýchlejšie a používajú sa v aplikáciách, kde je potrebné spracovať veľké množstvo údajov v krátkom čase, ako napríklad v telekomunikačných systémoch alebo ultrazvukovom zobrazovaní. Sú zložitejšie a zvyčajne spotrebúvajú viac energie ako iné typy ADC.
Najbežnejšie DAC
Pokiaľ ide o DAC, môžeme rozlišovať medzi týmito rebrík R-2R, odporová reťaz a binárne vážené. Binárne vážené DAC sú najzákladnejšie, založené na kombinácii odporov, ktoré umožňujú konverziu binárnych hodnôt na zodpovedajúce analógové napätia. Pri práci s veľmi vysokými číslami však predstavujú problémy s presnosťou.
Rebríkový DAC R-2R je medzitým presnejší a škálovateľný, používa iba dve hodnoty odporu, čo z neho robí veľmi populárny model v priemysle. Rôzne verzie tohto typu DAC sú prítomné v širokej škále elektronických zariadení.
Aplikácie ADC a DAC
DAC a ADC prevodníky majú veľké množstvo praktických aplikácií. V prípade DAC, sú životne dôležité v audio zariadeniach ako napr CD prehrávače, zvukové karty pre počítače a moderné hi-fi prehrávače hudby. The Externé DAC Často ich používajú audiofili, ktorí chcú zlepšiť kvalitu zvuku svojich systémov. Často sú pripojené k CD prehrávačom alebo počítačom a potom pripojené k zosilňovaču na konverziu digitálnych signálov na analógové s vyššou presnosťou a kvalitou.
Na druhej strane pobočník Sú nevyhnutné vo výbave ako napr mikrofóny, digitálne fotoaparáty a akýkoľvek systém, ktorý zhromažďuje analógový signál a potrebuje ho spracovať v digitálnom formáte. Počítač sám o sebe nedokáže pochopiť čisto analógový signál; Pred spracovaním by to potrebovalo ADC na konverziu na digitálne údaje.
V mnohých systémoch, ako napr audio rozhrania V nahrávacích štúdiách ADC aj DAC spolupracujú. ADC preberá signál z mikrofónu a transformuje ho na digitálne dáta, aby ich softvér mohol spracovať, aplikovať efekty atď. DAC potom zoberie spracované dáta a prevedie ich späť na analógové signály, aby ich bolo možné prehrať cez slúchadlá alebo reproduktory.
História a vývoj konvertorov
Prvým veľkým krokom vo vývoji ADC a DAC v audio priemysle bol vynález nahrávania na pásku. Hoci pôvodne bola analógová, povaha tejto technológie umožnila inžinierom experimentovať s rôznymi spôsobmi digitalizácie signálu. Prvé komerčné aplikácie ADC/DAC sa začali v sedemdesiatych rokoch, keď spoločnosti ako Sony uviedli na trh pokročilé digitálne rekordéry, ktoré umožňovali nahrávanie, upravovanie a digitálne spracovanie zvuku. Príchod o CD v 80. rokoch bola s kvalitou 44.1 kHz kľúčovým momentom popularizácie tejto technológie a krátko po odborné štúdium Tieto meniče začali systematicky využívať.
Dnes, vďaka pokroku v polovodičovej technológii, boli ADC a DAC miniaturizované do tej miery, že sa zmestia do malých integrovaných obvodov, vďaka čomu sú rýchlejšie, presnejšie a dostupnejšie pre širokú verejnosť. Teraz už aj na mobilných zariadeniach nájdeme kvalitné konverzné systémy, ktoré boli predtým možné len na veľmi drahých profesionálnych zariadeniach.
Kľúčové faktory pre výber ADC alebo DAC
Vyberte si vhodný prevodník To do značnej miery závisí od toho, čo potrebujete urobiť. Pre vysokokvalitné audio aplikácie je nevyhnutné hľadať DAC s a vysoká vzorkovacia frekvencia (minimálne 44.1 kHz pre CD kvalitu) a postačujúce bitová hĺbka (16 alebo 24 bitov). Okrem toho je dôležité zvážiť možnosť DAC asynchrónne, ktorý môže ponúknuť redukciu chýb tým, že pracuje nezávisle od hlavných hodín počítača.
Na druhej strane, pre priemyselné alebo riadiace aplikácie budete potrebovať ADC, ktorý dokáže rýchlo spracovať signály a pravdepodobne má robustnejšiu a energeticky efektívnejšiu konštrukciu. V tomto type aplikácií, ako je riadenie teploty systému HVAC, je kľúčové, aby bol prevodník schopný spracovať variabilné analógové vstupy a konvertovať ich na digitálne signály, ktoré má spracovať počítač, ktorý riadi systém.