DAC (Digitaal naar Analoog) en ADC (Analoog naar Digitaal) converters zijn essentiële componenten in veel elektronische apparaten die we dagelijks gebruiken, omdat ze het mogelijk maken digitale numerieke informatie om te zetten in analoge signalen, zoals geluid, en vice versa. Als je je ooit hebt afgevraagd hoe digitale muziek van een reeks enen en nullen overgaat in iets dat je oren kunnen horen, of hoe een microfoon je stem omzet in gegevens die een computer kan verwerken, dan ligt het antwoord in deze converters. Begrijpen hoe het werkt is niet alleen fascinerend, maar het is ook van cruciaal belang voor degenen die het gebied van elektronica of audio willen betreden of gewoon meer technische kennis willen hebben over de technologie die ons omringt.
Hoewel deze apparaten complex klinken, voeren ze een proces uit dat vrij eenvoudig te beschrijven is, maar dat in de praktijk hoge precisie en geavanceerde technologie vereist. In dit artikel gaan we uiteenzetten hoe het werkt, de belangrijkste kenmerken ervan, de soorten die er bestaan en waar ze in het dagelijks leven worden gebruikt, zodat alles voor u duidelijk is.
Wat is een DAC-converter en waar dient deze voor?
Un digitaal naar analoog converter, ook bekend als een DAC (Digital to Analog Converter), is een apparaat dat digitale informatie, meestal weergegeven in binaire code (een reeks van nullen en 0s), omzet in een continu analoog signaal, zoals u een audiosignaal kunt zijn signaal. Dit analoge signaal kunt u vervolgens beluisteren via luidsprekers, hoofdtelefoons of een ander audio-uitvoerapparaat.
La resolutie van een DAC is een van de belangrijkste parameters, omdat deze de nauwkeurigheid van het resulterende analoge signaal bepaalt. De resolutie houdt rechtstreeks verband met het aantal bits van de converter: een 8-bit DAC is bijvoorbeeld minder nauwkeurig dan een 16-bits DAC. Een goede DAC kan de digitale audiokwaliteit aanzienlijk verbeteren, zoals het geval is bij hifi-muziekspelers.
Een ander relevant aspect is het reactietijd, dat wil zeggen de snelheid waarmee u de conversie kunt uitvoeren. Dit is cruciaal in audiotoepassingen van hoge kwaliteit, waar de latentie minimaal moet zijn. Bovendien kunnen DAC's ook verschillende soorten uitvoer hebben: sommige kunnen stroom zijn, andere spanning, en de specificaties van de fabrikant beschrijven deze verschillen.
Wat is een ADC-converter?
Bovendien is de digitale analoge converter (ADC, Analoog naar Digitaal Converter) voert de tegenovergestelde werking uit. Er is een analoog signaal nodig, zoals uw stem vastgelegd door een microfoon, een temperatuur gemeten door een sensor of een spanningssignaal, en zet dit om in digitale gegevens die door een computer of ander elektronisch apparaat kunnen worden verwerkt.
De ADC werkt via een proces dat bekend staat als bemonstering y kwantificering. Bij bemonstering wordt het signaal op verschillende tijdsintervallen "in stukjes gesneden" en op elk van die punten de waarde van het analoge signaal geregistreerd. Vervolgens wordt kwantificering uitgevoerd, die bestaat uit het toekennen van die waarde aan een digitaal getal met behulp van een coderingssysteem. De bemonsteringsfrequentie, gemeten in kHz, is een cruciale factor in de kwaliteit van de conversie; Hoe hoger de bemonsteringsfrequentie, hoe nauwkeuriger de conversie.
Het bemonsterings- en kwantificatieproces in het ADC
Het eerste dat een ADC doet, is het analoge signaal met periodieke intervallen meten, wat we noemen bemonstering. Dit wordt uitgedrukt in de samplingfrequentie, en is afhankelijk van wat je wilt converteren. Voor audio is de standaardfrequentie bijvoorbeeld meestal 44.1 kHz, die wordt gebruikt in cd's en tweemaal de maximale frequentie die mensen kunnen horen, 20 kHz. Hier passen wij de Bemonsteringsstelling van Nyquist, waarin staat dat de bemonsteringssnelheid groter moet zijn dan tweemaal de maximale signaalfrequentie om vervorming te voorkomen.
Vervolgens de kwantificering, wat in feite elke bemonsterde waarde toewijst aan een digitaal getal. Het aantal bits dat wordt gebruikt om elk monster weer te geven, bepaalt de beetje diepte. Hoe meer bitdiepte de ADC heeft, hoe nauwkeuriger het originele analoge signaal wordt weergegeven.
Soorten ADC en DAC: hoeveel zijn er?
Verscheidene soorten ADC en DAC, en elk heeft zijn voor- en nadelen, afhankelijk van de behoefte aan precisie en conversiesnelheid. Een van de meest voorkomende ADC's zijn opeenvolgende benaderingen, Sigma Delta y kanalisatie.
De opeenvolgende benadering ADC, of SAR, is een van de meest populaire omdat deze een laag stroomverbruik en het is nogal preciso, al is het niet de snelste. Het werkt door het analoge signaal stap voor stap te vergelijken met waarden van een interne DAC totdat de best mogelijke digitale schatting is bereikt. Ze zijn perfect voor toepassingen waarbij ultrasnelle conversie niet nodig is.
De Sigma-Delta ADC heeft op zijn beurt het voordeel dat hij een zeer hoge resolutie, waardoor het ideaal is voor audiotoepassingen of nauwkeurige metingen. De conversiesnelheid is echter langzamer.
Ten slotte zijn pijplijn-ADC's de snelste en worden ze gebruikt in toepassingen waarbij in korte tijd een grote hoeveelheid gegevens moet worden verwerkt, zoals in telecommunicatiesystemen of bij ultrasone beeldvorming. Deze zijn complexer en verbruiken doorgaans meer stroom dan andere typen ADC's.
Meest voorkomende DAC's
Wat DAC's betreft, kunnen we onderscheid maken tussen die van ladder R-2R, resistieve ketting en binair gewogen. Binair gewogen DAC's zijn de meest basale, gebaseerd op een combinatie van weerstanden die de omzetting van binaire waarden in overeenkomstige analoge spanningen mogelijk maken. Ze leveren echter nauwkeurigheidsproblemen op bij het werken met zeer hoge getallen.
De R-2R ladder DAC is ondertussen nauwkeuriger en schaalbaarder en gebruikt slechts twee weerstandswaarden, waardoor het een zeer populair model in de industrie is. Verschillende versies van dit type DAC zijn aanwezig in een breed scala aan elektronische apparaten.
Toepassingen van ADC's en DAC's
DAC- en ADC-converters hebben een groot aantal praktische toepassingen. In het geval van de DAC, zijn van vitaal belang in audioapparaten zoals CD-spelers, geluidskaarten voor computers en moderne hifi-muziekspelers. De Externe DAC's Ze worden vaak gebruikt door audiofielen die de audiokwaliteit van hun systemen willen verbeteren. Ze worden vaak aangesloten op cd-spelers of computers en vervolgens aangesloten op een versterker om digitale signalen met grotere precisie en kwaliteit naar analoog om te zetten.
Aan de andere kant, de ADC Ze zijn essentieel in apparatuur zoals microfoons, digitale camera's en elk systeem dat een analoog signaal verzamelt en dit in digitaal formaat moet verwerken. Een computer op zichzelf kan een puur analoog signaal niet begrijpen; Er is een ADC nodig om deze naar digitale gegevens om te zetten voordat deze worden verwerkt.
In veel systemen, zoals audio-interfaces Voor opnamestudio's werken zowel de ADC als de DAC samen. De ADC neemt het signaal van de microfoon en zet dit om in digitale gegevens, zodat de software het kan verwerken, effecten kan toepassen, enz. De DAC neemt vervolgens de verwerkte gegevens en zet deze weer om in analoge signalen, zodat ze via een hoofdtelefoon of luidsprekers kunnen worden afgespeeld.
Geschiedenis en evolutie van converters
De eerste grote stap in de evolutie van ADC's en DAC's in de audio-industrie was de uitvinding van bandopname. Hoewel aanvankelijk analoog, stelde de aard van deze technologie ingenieurs in staat te experimenteren met verschillende manieren om het signaal te digitaliseren. De eerste commerciële ADC/DAC-toepassingen ontstonden in de jaren zeventig, toen bedrijven als Sony geavanceerde digitale recorders lanceerden waarmee audio digitaal kon worden opgenomen, bewerkt en verwerkt. De komst van CD in de jaren 80 was met zijn 44.1 kHz-kwaliteit een sleutelmoment in de popularisering van deze technologie, en kort daarna professionele studies Ze begonnen deze converters systematisch te gebruiken.
Dankzij de vooruitgang in de halfgeleidertechnologie zijn ADC's en DAC's tegenwoordig zo geminiaturiseerd dat ze in kleine geïntegreerde schakelingen passen, waardoor ze sneller, nauwkeuriger en toegankelijker worden voor het grote publiek. Nu kunnen we zelfs op mobiele apparaten hoogwaardige conversiesystemen vinden die voorheen alleen mogelijk waren op zeer dure professionele apparatuur.
Belangrijke factoren bij het kiezen van een ADC of DAC
kiezen geschikte omvormer Het hangt grotendeels af van wat je moet doen. Voor audiotoepassingen van hoge kwaliteit is het absoluut noodzakelijk om op zoek te gaan naar een DAC met een hoge bemonsteringssnelheid (minimaal 44.1 kHz voor cd-kwaliteit) en voldoende beetje diepte (16 of 24 bits). Daarnaast is het belangrijk om de optie van een DAC te overwegen asynchroon, dat foutreductie kan bieden door onafhankelijk van de hoofdklok van de computer te werken.
Aan de andere kant heb je voor industriële of besturingstoepassingen een ADC nodig die signalen snel kan verwerken en waarschijnlijk een robuuster en energiezuiniger ontwerp heeft. Bij dit soort toepassingen, zoals het regelen van de temperatuur van een HVAC-systeem, is het van cruciaal belang dat de converter variabele analoge ingangen kan verwerken en deze kan omzetten in digitale signalen die kunnen worden verwerkt door een computer die het systeem bestuurt.