Was ist ADC und DAC?


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Was ist ADC und DAC?

ADC DAC

Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandler.

ADC DAC

Die erste Konvertierung
wandelt ein analoges Signal in einen digitalen Amplitudenwert um, der zweite führt durch
inverse Transformation. In der englischsprachigen Literatur werden die Begriffe verwendet
ADC und DAC, und der kombinierte Konverter heißt Codec
(Codec).

Das Arbeitsprinzip des ADC besteht darin, den Pegel des Eingangssignals und des Ausgangs zu messen
Das Ergebnis in digitaler Form. Infolge der ADC-Operation wird eine kontinuierliche
Ein analoges Signal wird bei gleichzeitiger Messung in einen Impuls umgewandelt
Die Amplitude jedes Impulses. Der DAC empfängt am Eingang einen digitalen Wert
Amplitude und gibt Spannungs- oder Stromimpulse der erforderlichen Größe am Ausgang aus
befindet sich hinter dem Integrator (Analogfilter)
es wird ein kontinuierliches analoges Signal.

Für einen ordnungsgemäßen ADC-Betrieb darf sich das Eingangssignal während nicht ändern
Konvertierungszeit, sodass Ihre Eingabe normalerweise platziert wird
eine Sample-Hold-Schaltung, die den momentanen Signalpegel erfasst und speichert
verletzte ihn während der Transformationszeit. DAC-Ausgang
Eine ähnliche Schaltung kann ebenfalls installiert werden, wodurch der Einfluss von unterdrückt wird
Führen Sie Prozesse innerhalb des DAC mit den Parametern des Ausgangssignals aus.

Mit der Zeitabtastung wird das Spektrum des empfangenen Impulssignals in
sein unterer Teil 0..Fa wiederholt das Spektrum des ursprünglichen Signals und darüber
enthält eine Reihe von Reflexionen (auch bekannt als Spiegelspektren), die gefunden werden
Sie werden um die Abtastrate Fd und ihre Harmonischen (Seitenbänder) gelegt.
In diesem Fall ist die erste Reflexion des Spektrums der Frequenz Fd im Fall von Fd = 2Fa
basiert direkt hinter der ursprünglichen Signalbandbreite und erfordert
Ihr Anti-Alias-Filter mit einem High
die Dicke des Schnitts. Im ADC wird dieser Filter am Eingang installiert, um ihn auszuschließen
überlappende Spektren und deren Interferenz sowie im DAC – am Ausgang, der
Überzeitliches Rauschen, das durch die Zeit in das Ausgangssignal eingeführt wird
Resampling.


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Wie funktionieren und funktionieren ADCs und DACs?

Wie funktionieren und funktionieren ADCs und DACs?

ADC and DAC

Es gibt hauptsächlich drei ADC-Designs:

ADC DAC

Parallel – Das Eingangssignal wird gleichzeitig mit den Referenzpegeln durch eine Reihe von Vergleichsschaltungen (Komparatoren) verglichen, die am Ausgang einen Binärwert bilden. In einem solchen ADC ist die Anzahl der Komparatoren gleich (2 zur Potenz N) – 1, wobei N die Ziffernkapazität des digitalen Codes ist (für einen 8-Bit-Code – 255), wodurch die Kapazität von nicht erhöht werden kann Ziffern über 10-12.
Sukzessive Approximation: Der Wandler, der einen Hilfs-DAC verwendet, erzeugt ein Referenzsignal, das mit dem Eingangssignal verglichen wird. Das Referenzsignal wird nach dem Prinzip der mittleren Division (Dichotomie), das in vielen konvergenten Suchmethoden der angewandten Mathematik verwendet wird, sequentiell geändert. Dies ermöglicht es, die Umwandlung in einer Anzahl von Taktzyklen durchzuführen, die der Länge des Wortes entsprechen, unabhängig von der Größe des Eingangssignals.
mit Zeitintervallmessung: Eine große Gruppe von ADCs, die verschiedene Prinzipien der Umwandlung von Pegeln in proportionale Zeitintervalle verwenden, um das Eingangssignal zu messen, dessen Dauer von einem Hochfrequenztaktgenerator gemessen wird. Dies wird manchmal als ADC-Zählung bezeichnet.
Unter ADCs mit Zeitintervallmessung überwiegen die folgenden drei Typen:

Sequentielle Zählung oder Single Slope – Bei jedem Umwandlungszyklus wird ein linear ansteigender Spannungsgenerator gestartet, der mit der Eingangsspannung verglichen wird. Typischerweise wird diese Spannung in einem Hilfs-DAC erhalten, ähnlich einem ADC mit sukzessiver Approximation.
Dual Slope: In jedem Umwandlungszyklus lädt das Eingangssignal einen Kondensator auf, der dann mit der gemessenen Entladungsdauer auf eine Referenzspannung entladen wird.
Tracking – Eine Variante des ADC mit sequentieller Zählung, bei der der Referenzspannungsgenerator nicht bei jedem Zyklus zurückgesetzt wird, sondern ihn vom vorherigen auf den aktuellen Wert ändert.
Die beliebteste Version des Tracking-ADC ist Sigma-Delta, das mit einer Frequenz Fs arbeitet, die signifikant (64-mal oder mehr) höher ist als die Abtastfrequenz Fd des digitalen Ausgangssignals. Der Komparator eines solchen ADC erzeugt Werte mit reduzierter Bittiefe (im Allgemeinen ein Bit – 0/1), deren Summe im Abtastintervall Fd proportional zum Wert der Abtastung ist. Eine Folge von niedrigen Bitwerten wird digital gefiltert und dezimiert, was zu einer Reihe von Abtastwerten mit einer gegebenen Bittiefe und Abtastrate Fd führt.

Um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern und den Effekt von Quantisierungsfehlern zu verringern, der sich im Fall eines Ein-Bit-Wandlers als ziemlich hoch herausstellt, wird ein Rauschformungsverfahren durch digitale Filter- und Rückkopplungsschaltungen verwendet. Error. Infolge der Anwendung dieses Verfahrens ändert sich die Form des Rauschspektrums, so dass die Hauptrauschenergie in den Bereich oberhalb der Mitte der Frequenz Fs verschoben wird, ein kleiner Teil in der unteren Hälfte verbleibt und fast das gesamte Rauschen Es wird aus dem ursprünglichen analogen Signalband entfernt.

DACs basieren hauptsächlich auf drei Prinzipien:

Gewichtung: mit der Summe der gewichteten Ströme oder Spannungen, wenn jedes Bit des Eingangsworts einen seinem Binärgewicht entsprechenden Beitrag zum Gesamtwert des empfangenen analogen Signals leistet; Diese DACs werden auch als Parallel oder Multibit (Multibit) bezeichnet.
Sigma-Delta mit vorläufiger digitaler Überabtastung und Lieferung von Low-Bit-Werten (normalerweise Ein-Bit-Werten) an die Referenzladungsformungsschaltung, die dem Ausgangssignal mit derselben hohen Frequenz hinzugefügt werden. Diese DACs werden auch als Bitströme bezeichnet.
Pulsweitenmodulation (PWM), wenn Impulse mit konstanter Amplitude und variabler Dauer an das analoge Abtast- und Haltesignal gesendet werden, um die Dosierung der am Ausgang entladenen Last zu steuern. Die MASH-Konverter (Multi-stAge Noise Shaping) von Matsushita arbeiten nach diesem Prinzip. Diese DACs erhielten ihren Namen aufgrund der Verwendung verschiedener sequentieller Rauschformer.
Wenn eine Überabtastung um einen Faktor von zehn (typischerweise – 64x..512x) verwendet wird, ist es möglich, die DAC-Kapazität ohne merklichen Verlust der Signalqualität zu reduzieren; DACs mit weniger Bits haben auch eine bessere Linearität. Am Limit kann die Anzahl der Downloads auf eins reduziert werden. Die Ausgangswellenform solcher DACs ist ein nützliches Signal, das von einer signifikanten Menge an Hochfrequenzrauschen umgeben ist, das jedoch durch ein gleichmäßiges Analogfilter mittlerer Qualität wirksam unterdrückt wird.

DACs sind “Straight-Through” -Geräte, bei denen die Konvertierung einfacher und schneller ist als bei ADCs, bei denen es sich meist um langsamere und serielle Geräte handelt.

DAC und alle wichtigen Dinge, die Sie darüber wissen sollten

DAC und alle wichtigen Dinge, die Sie darüber wissen sollten

DAC

Ohne DAC gibt es keine Musik, wenn Ihre Musikdateien digital gespeichert sind. Sie wissen vielleicht nicht, wie sie funktionieren, aber die meisten von uns verwenden täglich mindestens einen Digital-Analog-Wandler, besser bekannt als DAC oder DAC (Digital-Analog-Wandler).

DAC

Sie sind in Geräte wie Computer, Tablets und Smartphones eingebettet. DAC ist die grundlegende Grundlage für die Dekodierung bekannter digitaler Musik und deren Umwandlung in ein analoges Signal, das das menschliche Ohr hören kann.

Jedes digitale Signalquellengerät, sei es ein CD- oder Blu-ray-Player, ein DAB (Digitalradio), eine TV-Box, eine Spielekonsole oder ein Musikplayer, benötigt einen DAC, um die Folge von Einsen und Nullen in a umzuwandeln analoges Signal vor dem Senden. zur Wiedergabe.

Herkömmliche Verstärker verstärken nicht und die Lautsprecher geben das digitale Signal nicht wieder und Ihre Ohren können es nicht hören. Sie nehmen nur Schallwellen wahr. Ohne DAC ist Ihre digitale Musiksammlung nutzlos. Dies ist ein einfacher Satz von “0” und “1”, der nur für den Betrieb digitaler Geräte erforderlich ist. Kurz gesagt, DACs spielen eine wichtige Rolle bei der Wiedergabe digitaler Musik.

Ein ernstes Problem besteht jedoch darin, dass die in die meisten der oben vorgestellten Geräte eingebauten DAC-Mikroschaltungen häufig nicht hoch genug sind und nicht immer die höchstmögliche Qualität des digitalen Originals liefern können. In diesem Sinne entsteht die Idee, den DAC zu ersetzen, um die digitale Musikdatei zu transformieren und das Audiosystem optimal zu nutzen.

Die Geräusche, die wir jeden Tag hören, sei es Musik, Sprache, das Geräusch einer Großstadt oder das Rauschen eines Stroms, werden als Schallwellen übertragen und erreichen unsere Ohren als sich ständig änderndes analoges Signal.

Eine der ersten Möglichkeiten, analoge Aufnahmen zu speichern, waren die Prototypen der heutigen Schallplatten, und später gab es Bänder, aber das unerwünschte Rauschen während der Wiedergabe und die Zerbrechlichkeit dieser Formate erforderten etwas Neues. Und diese Innovation war die CD (CD), die in den 1980er Jahren von Sony und Philips erfunden wurde und die digitale Speicherung von Musik-Discs revolutionierte.

Digitales Audio unterscheidet sich stark von analogem Audio. Digitale Musikdateien werden normalerweise mit Pulse Code Modulation (PCM) oder PCM in Englisch erstellt und durch kontinuierliches Messen der Amplitude eines analogen Signals mit einer konstanten Rate erstellt.

Der Amplitudenwert wird dann als Binärzahl (Satz von Einsen und Nullen) codiert, und die Länge dieser Zahl wird häufig als Bittiefe bezeichnet. Das Zeitintervall zwischen den Messungen wird durch die Abtastfrequenz bestimmt.

Mit einer Standard-CD werden 44.100 Mal pro Sekunde (44,1 kHz) gemessen. Jede Messung wird zur Speicherung im Binärformat mit 16-Bit-Genauigkeit aufgezeichnet. Hochauflösende Audiospuren werden mit bis zu 24 Bit, 192 kHz oder höher aufgenommen.

Im Allgemeinen können digitale Audiodaten mit unterschiedlichen Bittiefen und Abtastraten und dann in verschiedenen Dateiformaten mit unterschiedlichen Komprimierungsraten codiert werden, um die Größe zu verringern. Unabhängig davon, wie sie erstellt werden, besteht die Aufgabe des DAC darin, all dies zu erkennen und so genau wie möglich aus der Binärdatei zu übersetzen, um dem analogen Original so nahe wie möglich (so weit wie möglich) zu kommen.

Warum brauche ich einen separaten DAC?

Alles über DAC

Tatsächlich verfügen fast alle modernen digitalen Audiogeräte über einen integrierten DAC, aber nicht alle DACs sind gleich. Niedrigwertige Wandler können aufgrund der begrenzten Fähigkeiten der verwendeten Mikroschaltung unerwünschte Geräusche verursachen. Sie können nicht alle Datenraten unterstützen, ganz zu schweigen von zusätzlichen Verzerrungen aufgrund von Synchronisationsverlust (Jitter oder Jitter).

Der Verlust der Synchronisation wird als Zeitverzögerung definiert. Genaue Zeitintervalle (Timings) sind beim Empfang eines digitalen Musikstroms äußerst wichtig. Wenn sie nicht eingehalten werden (normalerweise aufgrund schlecht gestalteter digitaler Taktschaltungen), leidet die Klangqualität.

Bei der Übertragung digitaler Signale können Synchronisationsprobleme auftreten, die besonders gefährlich sind, wenn ein Signal zwischen zwei Geräten übertragen wird. Daher sind in den letzten Jahren asynchrone DACs, die ihre eigene Taktquelle verwenden, weit verbreitet.

Taktgeneratoren in DACs höherer Qualität sind in der Regel stabiler als solche in PCs mit mittlerer Reichweite, sodass der Klang entsprechend besser ist (alle Dinge sind gleich).