Comment fonctionne un convertisseur analogique-numérique?

Contenu

• Comment fonctionnent les convertisseurs audio-numériques
• Didacticiel ADC et DAC
• Formule de conversion numérique vers analogique
• ADC Architectures
• Convertisseur numérique-analogique
• Applications pratiques des convertisseurs

L'électronique et les équipements que vous utilisez au quotidien ont besoin de transformer les sources de données et d'entrée en d'autres formats. Pour les équipements audio numériques, la manière dont un fichier MP3 produit le son dépend de la conversion entre les formats de données analogiques et numériques. Ces convertisseurs numérique-analogique (CNA) prennent des données numériques en entrée et les convertissent en signaux audio analogiques à ces fins.

Comment fonctionnent les convertisseurs audio-numériques

Le son produit par ces équipements audio est la forme analogique des données d’entrée numérique. Ces convertisseurs permettent de convertir l'audio d'un format numérique, un type d'audio facile à utiliser que les ordinateurs et autres appareils électroniques, à un format analogique, composé de variations de la pression atmosphérique produisant le son lui-même.

Les CNA prennent un nombre binaire de la forme audio numérique et le transforment en une tension ou un courant analogique qui, lorsqu'il est effectué entièrement au cours d'une chanson, peut créer une onde audio qui représente le signal numérique. Il crée la version analogique de l'audio numérique par "étapes" de chaque lecture numérique.

Avant de créer l'audio, le DAC crée une étape. Il s'agit d'une onde dans laquelle il y a un petit "saut" entre chaque lecture numérique. Pour convertir ces sauts en une lecture analogique continue et lisse, les DAC utilisent une interpolation. Il s'agit d'une méthode consistant à examiner deux points l'un à côté de l'autre sur l'onde de l'escalier et à déterminer les valeurs entre eux.

Cela rend le son lisse et moins déformé. Les CNA délivrent ces tensions lissées en une forme d'onde continue. Contrairement au CNA, un microphone qui capte les signaux audio utilise un convertisseur analogique-numérique (CAN) pour créer un signal numérique.

Didacticiel ADC et DAC

Tandis qu'un CNA convertit un signal numérique binaire en un signal analogique tel que la tension, un CAN effectue l'inverse. Il prend une source analogique et la convertit en source numérique. Utilisés ensemble, pour un convertisseur numérique / analogique, le convertisseur et un convertisseur ADC peuvent constituer une grande partie de la technologie de l’ingénierie et de l’enregistrement audio. La manière dont ils sont tous deux utilisés crée des applications dans les technologies de la communication que vous pouvez apprendre grâce à un didacticiel ADC et DAC.

De la même manière qu'un traducteur peut transformer des mots en d'autres mots entre langues, les ADC et les DAC travaillent ensemble pour permettre aux gens de communiquer sur de longues distances. Lorsque vous appelez quelqu'un par téléphone, votre voix est convertie en un signal électrique analogique par un microphone.

Ensuite, un CAN convertit le signal analogique en signal numérique. Les courants numériques sont envoyés par les paquets du réseau et, lorsqu'ils atteignent la destination, ils sont reconvertis en un signal électrique analogique par un DAC.

Ces conceptions doivent prendre en compte les fonctionnalités de communication via les ADC et les DAC. Le nombre de mesures que le CNA prend à chaque seconde est le taux d'échantillonnage ou la fréquence d'échantillonnage. Une fréquence d'échantillonnage plus élevée permet aux appareils d'atteindre une plus grande précision. Les ingénieurs doivent également créer un équipement avec un grand nombre de robots qui représente le nombre d'étapes utilisées, comme décrit ci-dessus, pour représenter la tension à un moment donné.

Plus le nombre d'étapes est élevé, plus la résolution est élevée. Vous pouvez déterminer la résolution en prenant 2 à la puissance du nombre de bits du CNA ou du CAN qui créent le signal analogique ou numérique, respectivement. Pour un CAN 8 bits, la résolution serait de 256 étapes.

Formule de conversion numérique vers analogique

••• Syed Hussain Ather

Un convertisseur CNA transforme un binaire en une valeur de tension. Cette valeur correspond à la tension de sortie indiquée dans le diagramme ci-dessus. Vous pouvez calculer la tension de sortie comme V_{en dehors} = (V₄g₄ + V₃g₃ + V₂g₂ + V₁g₁) / (G₄ + G₃ + G₂ + G₁) pour les tensions V à travers chaque atténuateur et la conductance g de chaque atténuateur. Les atténuateurs participent au processus de création du signal analogique afin de réduire la distorsion. Ils sont connectés en parallèle afin que chaque conductance individuelle résume de cette façon grâce à cette formule de convertisseur numérique-analogique.

Vous pouvez utiliser Théorème de Thévenins relier la résistance de chaque atténuateur à sa conductance. le Résistance à la thévenine est R_t = 1 / (G₁ + G₂ + G₃ + G₄). Le théorème de Thevenins stipule: "Tout circuit linéaire contenant plusieurs tensions et résistances peut être remplacé par une seule tension en série avec une seule résistance connectée à travers la charge." Cela vous permet de calculer les quantités d'un circuit compliqué comme s'il s'agissait d'un circuit simple.

Rappelez-vous que vous pouvez également utiliser Ohms Law, V = IR pour la tension V, actuel je et résistance R lorsqu'il s'agit de ces circuits et de toute formule de conversion numérique-analogique. Si vous connaissez la résistance d'un convertisseur CNA, vous pouvez utiliser un circuit contenant un convertisseur CNA pour mesurer la tension ou le courant de sortie.

ADC Architectures

Il y a beaucoup de populaire Architectures ADC tels que les registres d’approximation successifs (SAR), les convertisseurs Delta-Sigma () et Pipeline. Le SAR transforme un signal analogique d'entrée en signal numérique en le "maintenant". Cela signifie rechercher la forme d'onde analogique continue par le biais d'une recherche binaire qui examine tous les niveaux de quantification possibles avant de trouver une sortie numérique pour chaque conversion.

Quantification est une méthode de mappage d'un grand ensemble de valeurs d'entrée d'un signal continu à des valeurs de sortie moins nombreuses. Les ADC SAR sont généralement faciles à utiliser, avec une consommation d'énergie moindre et une grande précision.

Dessins Delta-Sigma trouver la moyenne de l'échantillon sur la durée qu'il utilise comme signal numérique d'entrée. La moyenne sur la différence de temps du signal lui-même est représentée à l'aide des symboles grecs delta () et sigma (), en lui donnant son nom. Cette méthode des convertisseurs analogique-numérique présente une résolution élevée et une stabilité élevée avec une consommation d'énergie et un coût réduits.

Finalement, Pipeline convertisseurs Utilisez deux étapes qui "tiennent" comme les méthodes SAR et le signal à travers différentes étapes telles que les convertisseurs ADC et les atténuateurs. Un convertisseur ADC instantané compare chaque signal de tension d'entrée sur un petit échantillon de temps à une tension de référence afin de créer une sortie numérique binaire. Les signaux de pipeline sont généralement à des bandes passantes plus élevées, mais avec une résolution inférieure et nécessitent plus de puissance pour s'exécuter.

Convertisseur numérique-analogique

Un modèle de CAD largement utilisé est le Réseau R-2R. Cela utilise deux valeurs de résistances dont l’une est deux fois plus grande que l’autre. Cela permet au R-2R d’adapter facilement l’échelle en tant que méthode d’utilisation de résistances pour atténuer et transformer le signal numérique d’entrée et permettre au convertisseur numérique-analogique de fonctionner.

UNE résistance pondérée binaire est un autre exemple courant de CAD. Ces appareils utilisent des résistances avec des sorties qui se rejoignent à la résistance unique qui résume les résistances. Les parties les plus significatives du courant numérique d'entrée donneront un courant de sortie supérieur. Plus de bits de cette résolution permettront à plus de courant de circuler.

Applications pratiques des convertisseurs

Les MP3 et les CD stockent les signaux audio dans des formats numériques. Cela signifie que les DAC sont utilisés dans les lecteurs de CD et autres appareils numériques produisant des sons tels que des cartes son pour ordinateurs et jeux vidéo. Les DAC qui créent une sortie de niveau de ligne analogique peuvent être utilisés dans des amplificateurs ou même des haut-parleurs USB.

Ces applications de DAC reposent généralement sur une tension ou un courant d'entrée constant pour créer la tension de sortie et permettre au convertisseur numérique-analogique de fonctionner. Les CNA à multiplication peuvent utiliser différentes sources de tension ou de courant d'entrée, mais ils ont des contraintes sur la bande passante qu'ils peuvent utiliser.