Другой пример использования такого преобразования — получение управляющего сигнала при цифровом управлении устройствами, режим работы которых определяется непосредственно аналоговым сигналом.
Функции ЦАП
- качественное воспроизведение при существенном повышении громкости;
- насыщенный динамический частотный диапазон;
- минимизация возможных помех;
- усиление мощности звучания;
- широкие возможности для точной настройки.
Разновидности аудио ЦАПов
ЦАПы можно разделить на две категории: компактные (переносные) для работы с плеерами, смартфонами и стационарные, для подключения к компьютерам и телевизорам.
Первые подключаются к гаджету на IOS или Android через USB с помощью OTG и короткого экранированного кабелей. Возможно, понадобится установка сопутствующего приложения. Часто такие устройства имеют встроенный усилитель и аккумулятор, что позволяет использовать их и как пауэр-банк.
Стационарные ЦАПы — это солидные устройства выполненные в алюминиевом корпусе, эффективно отводящем тепло. Они оснащаются собственным дисплеем, аналоговыми регуляторами громкости и тембра.
Главное их отличие — это наличие разнообразных разъемов для подключения всевозможных устройств:
- Оптический (Toslink);
- USB-B, позволяющий обходить звуковую карту и читать музыкальные файлы прямо с жёсткого диска;
- Электрический (AES/EBU и SPDIF);
- В некоторых устройствах имеется картридер и стандартный USB для флешек.
В обоих типах преобразователей используется вывод аналогового аудиосигнала через линейный RCA выход (под «тюльпаны»), mini-jack или jack для профессиональной акустики и высокоомных наушников.
Схема ЦАП
Структурная схема преобразователя числа в напряжение реализованного на операционном усилителе показана ниже:
Здесь правая часть схемы представляет собой обычный сумматор с четырьмя входами. При подаче к входам напряжений U1, U2, U3, U4 получим на выходе:
Условимся что сопротивления резисторов соответствуют соотношениям
Допустим что выходные напряжения равны один вольт, и с помощью четырех логических элементов обеспечим их появление только при условии, что будет подан сигнал из регистра в соответствии с числом. Если мы произведем запись в регистр числа 5, что равно 0101, то U1=0, U2=1, U3=0, U4=1. Из приведенного выше уравнения видно, что выходное напряжение будет равно Uвых=4+1= 5 В. На выходе ЦАП появится аналоговый сигнал, который будет соответствовать числу, которое записано в регистр.
Сфера использования
ЦАП применяются в музыкальных проигрывателях с целью переустройства числовых потоков информации в аналоговые аудиосигналы, в телевизорах и мобильных телефонах с целью переустройства видеоданных в видеосигналы, которые подсоединяются к драйверам экрана с целью отражения монохроматических либо разноцветных изображений.
Именно эти два приложения используют схемы ЦАП на противоположных концах компромисса между плотностью и количеством пикселей.
Аудио — это низкочастотный тип с высоким разрешением, а видео — высокочастотный вариант с низким и средним изображением.
Основные типы цифро-аналоговых преобразователей
- Широтно-импульсный модулятор, где стабильный ток или напряжение переключается в низкочастотный аналоговый фильтр с длительностью, определяемой с помощью цифрового входного кода. Этот метод зачастую применяется с целью управления скоростью электродвигателя и затемнения светодиодных ламп.
- Цифро-аналоговый аудио-преобразователь с избыточной дискретизацией или интерполяционные ЦАП, например, использующие дельта-сигма-модуляцию, используют метод изменений плотности импульсов. Скорости более 100 тысяч выборок в секунду (например, 180 кГц) и разрешение 28 бит достижимы с помощью устройства с дельта-сигмой.
- Двоично-взвешенный элемент, который содержит отдельные электрические компоненты для каждого бита ЦАП, подключенного к точке суммирования. Именно она может складывать операционный усилитель. Сила тока источника пропорциональна весу бита, которому он соответствует. Таким образом, все ненулевые биты кода суммируются с весом. Это происходит, поскольку они имеют в распоряжении один и тот же источник напряжения. Это единственный из наиболее быстрых способов преобразования, но он не идеален. Так как есть проблема: низкая верность из-за больших данных, необходимых для каждого отдельного напряжения или тока. Такие высокоточные компоненты дорогие, поэтому этот тип моделей обычно ограничен 8-битным разрешением или даже меньше. Коммутируемый резистор имеет назначение цифро-аналоговых преобразователей в параллельных источниках сети. Отдельные экземпляры включены в электричество на основе цифрового входа. Принцип работы цифро-аналогового преобразователя этого типа заключается в коммутируемом источнике тока ЦАП, из которого выбираются разные ключи на основе числового входа. Он включает синхронную конденсаторную линию. Эти единичные элементы подключаются или отключаются с помощью специального механизма (лапки), который находится около всех штекеров.
- Цифро-аналоговые преобразователи лестничного типа, который представляет собой бинарный-взвешенный элемент. Он, в свою очередь, использует повторяющуюся структуру каскадных значений резистора R и 2R. Это повышает точность из-за относительной простоты изготовления механизма с одинаковым номиналом (или источников тока).
- Последовательное наступление либо цикличный ЦАП, который один за другим строит выходные данные в течение каждого этапа. Отдельные биты цифрового входа обрабатываются всеми разъемами, пока не будет учтен весь объект.
- Термометр — кодированный ЦАП, который содержит равный резистор или ток-источник сегмент для каждого возможного значения выхода ЦАП. 8-разрядный ЦАП градусника будет располагать 255 элементами, а 16-заряженный ЦАП термометра будет иметь 65 535 частей. Это, пожалуй, самая быстрая и высокоточная архитектура ЦАП, но за счет высокой стоимости. Благодаря этому типу ЦАП достигнуты скорости преобразования более одного миллиарда выборок в секунду.
- Гибридные ЦАПы, которые используют комбинацию вышеуказанных методов в одном преобразователе. Большинство интегральных микросхем ЦАП относятся к этому типу из-за сложности одновременного получения низкой стоимости, большой скорости и правильности в одном приборе.
- Сегментированный ЦАП, который объединяет принцип кодирования термометра для старших разрядов и двоичного взвешивания для младших компонентов. Таким образом достигается компромисс между точностью (с помощью принципа кодирования термометра) и количеством резисторов или источников тока (с использованием бинарного взвешивания). Глубокое устройство с двойным действием означает сегментацию 0 %, а конструкция с полным термометрическим кодированием — имеет 100 %.
Источник: principraboty.ru
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП): типы, работа, 5 применений
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)
Цифро-аналоговый преобразователь — это электронное устройство, которое выполняет операцию преобразования. Как следует из названия, он преобразует цифровой входной сигнал в аналоговый выходной сигнал. Цифровые сигналы, такие как оцифрованная музыка, можно преобразовать в аналоговые звуки с помощью цифроаналогового преобразователя. Это один из типов преобразователей данных.
Цифро-аналоговый преобразователь также известен как ЦАП, преобразователь d в преобразователь, преобразователь ЦАП, ЦАП и т. Д. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) выполняет обратную операцию. ЦАП требуется почти каждый раз в цепи, когда есть потребность в ADC.
Работа цифро-аналогового преобразователя
Цифро-аналоговый преобразователь — это оборудование, работающее для цифро-аналогового преобразования. Цифровой сигнал определяется как дискретный по времени и дискретный по амплитуде сигнал. В то же время аналоговый сигнал определяется как непрерывный во времени сигнал с непрерывной амплитудой. ЦАП преобразует двоичное число с фиксированной точкой (абстрактное число адекватной точности) в физическое измерение.
Компания трансформация состоит из нескольких шагов в этом. Типичный цифро-аналоговый преобразователь преобразует абстрактные данные в концептуальные последовательности импульсов. Затем ряд обрабатывается с помощью фильтра реконструкции.
Цифро-аналоговый преобразователь работает на основе теоремы выборки Найквиста-Шеннона. В нем говорится, что — входной сигнал может быть восстановлен из его дискретизированного выхода, если частота дискретизации вдвое больше или равна самой высокой частотной составляющей, присутствующей во входном сигнале.
Есть несколько параметров для измерения производительности цифро-аналогового преобразователя. Ширина полосы выходного сигнала, отношение сигнал / шум — вот некоторые из параметров.
Электрический символ ЦАП
Следующий символ представляет собой цифро-аналоговый преобразователь. Символ цифро-аналогового преобразователя
Типы цифро-аналоговых преобразователей
Преобразование цифровых входных битов в аналоговые сигналы может быть достигнуто с помощью различных процессов. Давайте обсудим некоторые из типов —
A. ЦАП с использованием метода взвешенных резисторов
Начнем с 4-битного цифрового числа. Преобразуем его в аналог. Пусть цифровое число — B3B2B1B0
Двоичное цифро-аналоговое преобразование. Источник изображения — Джакомо Алессандрони создатель QS: P170, Q100973368, Convertitore Digitale-Analogico преобразовать в 4-битный формат, CC BY-SA 4.0
Десятичный эквивалент будет — N = 2 3 B3+2 2 B2+2 1 B2+2 0 B0
Здесь B3 является старшей цифрой (MSB), тогда как B0 наименьшая значащая цифра (LSB). Схема здесь работает, чтобы произвести аналоговый выходной сигнал, взвешенный в соответствии с позициями битов, и сложить их вместе.
В схеме логические напряжения, представляющие двоичный вход, подаются на соответствующие резисторы с помощью переключателей. Резисторы цепей (кроме резистора обратной связи Rf) связаны взвешенным образом, так что последовательное отношение равно 2. То есть — R0 / Р1 = R1 / Р2 = R2 / Р3 = 2. Резисторы также обратно пропорциональны их числовому значению соответствующего двоичного бита.
Когда двоичный бит равен нулю (0), переключатель включен и заземлен. Если бинарный бит один (1), контроллер замкнут и подключен к опорному напряжению VR.
Ток i, который будет подаваться на неинвертирующий терминал, равен —
Поскольку G — виртуальная земля, выходное напряжение vo =
Теперь мы можем наблюдать, что выходное напряжение пропорционально численному значению двоичные цифры.
Точность ЦАП зависит от соотношения резисторов и их способности отслеживать друг друга при изменении температуры.
Этот тип цифроаналоговых преобразователей имеет некоторые недостатки. Для построения преобразователя требуется широкий набор резисторов, если двоичный вход состоит из большого количества битов. Преобразователь лестничного типа R-2R преодолевает этот недостаток.
B. R — 2R ЦАП лестничного типа
Лестница сопротивлений может преобразовать двоичное слово в аналоговое. Этот тип ЦАП известен как преобразователи лестничного типа R — 2R.
Чтобы понять работу схемы, предположим, что клемма B0 подключена к VR, а остальные клеммы (B1, B2, B3) подключены к земле. Полученная цифра показана на схеме —
Применим теорему Тевенина к узлам a0, a1, a2, a3 относительно земли. Мы получаем эквивалентную схему Тевенина, которая далее показана в следующем курсе —
Эквивалентный источник имеет напряжение VR / 16 последовательно с сопротивлением 3R.
Опять же, если клемма B1 подключена к Vr, а клеммы B0, B2, B3 подключены к земле, то, применив также теорему Тевенина, можно показать, что источник имеет напряжение VR / 8 последовательно с сопротивлением 3R.
Точно так же, когда B2 соединен с VR, а остальные входы соединены с землей, мы обнаружим, что эквивалентная схема Тевенина имеет напряжение источника VR / 4 последовательно с сопротивлением 3R.
То же самое для связи B3 с VR. Эквивалентная схема дает напряжение источника как VR / 2 и последовательное сопротивление как 3R.
Ток i, полученный по принципу суперпозиции —
я = (Vr / 3R) * (B0 / 16 + B1 / 8 + B2 / 4 + B3 / 2)
Поскольку G — виртуальная земля, выходное напряжение vo =
Vo = -я * рf = — (VR / R) * Rf * (B0 / 23 + B1 / 22 + B2 / 21 + B3 / 20)
Уравнение выглядит так —
Здесь и сейчас мы можем понять, что выходное напряжение пропорционально числовому значению двоичных разрядов. Эта схема может легко преобразовывать большие двоичные цифры, поскольку она легко расширяема. Все, что нам нужно добавить, это дополнительные переключатели и дополнительные резисторы для лестницы.
Одна из важнейших особенностей цифро-аналогового преобразователя заключается в том, что малейшее изменение схемы определяет его разрешение.
Применение цифро-аналогового преобразователя
В современную эпоху существует высокий спрос на оцифрованные данные. Вот почему растет спрос на аналого-цифровой преобразователь. Но мы должны помнить, что мы используем аналоговые сигналы в нашей повседневной жизни, и мир аналоговый. Итак, когда нам нужен аналого-цифровой преобразователь, нам нужен цифро-аналоговый преобразователь. И ЦАП, и АЦП внесли наибольший вклад в цифровую революцию.
Давайте возьмем реальный пример, чтобы понять их нужды. Рассмотрим телефонный звонок. Сначала звонящий начинает говорить. Речь — это аналоговый сигнал, который преобразуется в цифровой с помощью аналого-цифрового преобразователя или АЦП.
Когда оцифрованный сигнал доставляется к приемнику, его снова необходимо преобразовать в аналоговый сигнал; в противном случае получатель не поймет отправленные данные. Здесь этой цели служит цифро-аналоговый преобразователь.
Обработка аудио:
Музыка и другие аудиофайлы хранятся в оцифрованном формате в сегодняшнюю эпоху оцифровки. Когда нам нужно услышать их в динамиках или наушниках, тогда оцифрованную форму необходимо преобразовать в аналоговый сигнал. Вот почему ЦАП можно найти в каждом устройстве, которое может воспроизводить музыку, например, в MP3-плеере, DVD-плеере, CD-плеере, ноутбуках, мобильных телефонах и т. Д.
В высококачественных Hi-Fi системах используются специализированные автономные ЦАП. Подобные ЦАП можно найти в современных цифровых динамиках, таких как USB-динамики, звуковые карты и т. Д.
При передаче голоса по IP источник оцифровывается. Таким образом, для преобразования оцифрованной части в аналоговый сигнал необходим ЦАП.
Кодирование видео:
Система видеокодера обрабатывает видеосигнал и отправляет цифровые сигналы на микросхемы.
Цифровой дисплей:
Графический контроллер обычно использует справочную таблицу для генерации сигналов, отправляемых на аналоговые выходы, таких как сигналы RGB для управления дисплеем.
Калибровка:
Цифро-аналоговый преобразователь может обеспечивать калибровку динамических типов для повышения точности испытательной системы.
Управляющий двигатель:
Цифро-аналоговые преобразователи также используются в устройствах управления двигателями, где требуется сигнал управления напряжением.
ЦАП также используются в системах распределения данных, цифровом потенциометре, программном радио и во многих других местах.
Преимущества и недостатки цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)
Преимущества ЦАП
Как упоминалось ранее, цифро-аналоговый преобразователь так же важен, как и аналоговый преобразователь в цифровой, у него слишком много вопросов для обсуждения. Каждое электрическое и электронное устройство имеет как свои преимущества, так и недостатки. ЦАПы не исключение. Некоторые из его преимуществ:
- Большие цифровые — двоичные входы можно легко преобразовать в аналоговую форму.
- Один из самых быстрых способов конвертации.
- Простые схемы для реализации.
Недостатки ЦАП
- Схемы используют дорогие операционные усилители.
- Некоторые ошибки, такие как ошибка усиления, ошибка смещения, нелинейность, как правило, вызваны резистором, используемым в схеме.
- Рассеиваемая мощность высокая.
Источник: ru.lambdageeks.com
Зачем нужен ЦАП?
Зачем нужен внешний цифро-аналоговый преобразователь? Когда человек достаточно скромен, чтобы отказывать себе в крупных покупках, но хочется хорошего звука, то он часто начинает анализировать и смотреть на другой аппарат, который менее известен и внешний ЦАП является таким популярным выбором.
Зачем нужен ЦАП?
Вы когда-нибудь задавались вопросом, почему звук из гнезда для наушников вашего ноутбука сильно отличается от звука, который выходит из хорошей стерео системы, вот короткий ответ, потому что у вашего ноутбука отсутствует один из ключевых устройств, чтобы сделать звук из чисел: цифроаналогового преобразователя, а проще ЦАП.
Цифровой аналоговый преобразователь, или ЦАП (DAC), принимает в
аш цифровой контент и преобразует его в аналоговый, затем система может усилить его и воспроизвести через динамики (усилитель + акустика или активная акустика). Если вы думаете, что вы уже имеете ЦАП в вашей системе, то вы будете правы. Все, что может принимать цифровой сигнал и выдаёт на выходе звук должен включать в себя ЦАП. Телефон, MP3-плеер, ресивер, аудио процессор, компьютер, ноутбук, CD / DVD / Blu-ray плеер с аналоговыми выходами, и многое другое.
ЦАП представляет собой цифро-аналоговый конвертер. ЦАП имеет одну задачу — преобразовать цифровую звуковую информацию в аналоговый сигнал, который может подан на активную акустику или усилитель.
- Но зачем нужен мне ЦАП?
- Если у всех этих устройствах уже есть ЦАП, почему мне нужен внешний ЦАП?
- Зачем его использовать его и будет ли разница?
- Будет ли качественным звук, связанный с цифроаналоговым преобразованием?
Вопросы качества звука — это сложный вопрос. Если вы слушаете большие файлы высокого качества (флак, апе, вав) в вашем компьютере и будете воспроизводить их, то вам требуется купить внешний ЦАП (только проверьте настройки, чтобы убедиться, что всё настроено правильно).
Что вам нужно, чтобы воспользоваться преимуществами внешнего ЦАП?
Вы можете просто подключить любое устройство в любой ЦАП и вкусить опыт акустического блаженства? Конечно нет.
ВАМ НУЖНО для ЦАП:
- Высокое качество цифрового контента большие файлы высокого качества (флак, апе, вав, дсд)
- Компьютер или источник с цифровыми выходами
- Внешнее усиление – хороший усилитель + АС или хорошая активная акустика
Зачем нужен ЦАП — Совет!
Если у вас все еще есть цифровой контент, который хранится в 128kbps в MP3-файлах, то советую просто удалить его и заменить альбомы в более лучших несжатых форматах.
MP3 и другие сжатые файлы
Если исходный файл уже был низкого качества (или уже сжатый), то процесс преобразования в MP3 может добавить все виды слышимых искажений в вашу музыку. Для того, чтобы воспользоваться преимуществами внешнего ЦАП, вам нужен звук по крайней мере, как качество CD. В настоящее время существует целый ряд кодеков без потерь сжатия, включая FLAC, WMA Lossless (Windows), а также Apple Lossless (Mac), которые будут несколько больше, но сохранять при этом всё содержимое звука, которое будет нетронуто.
Если вы действительно хотите, высокое качество музыки, то вы можете использовать любое для этого место, к примеру, торренты или сайты, чтобы получить музыку, которая лучше, чем качество CD.
Помните, что качество CD 44,1 кГц, 16-бит. Самое высокое качество, которое вы можете купить в настоящее время (за пределами очень специализированных мест) является 192kHz, 24-бит. Эти файлы высокого качества являются эквивалентом мастер-студийных лент (DSD) и будут самыми лучшими по качеству звука. Конечно, их размеры файлов очень большие, так что вы должны быть осторожными в том, сколько места осталось на жестком диске, прежде чем начать загрузку большого количества альбомов.
Если плеер имеет только аналоговые выходы (RCA красный и белый или просто разъем для наушников), вы не можете добавить внешний ЦАП. Но, иногда можно, ведь внешний ЦАП просто принимает аналоговый сигнал от проигрывателя, повторно преобразовать его в цифровой, а затем обратно в аналоговый.
Те, кто любит слушать музыку на телефонах или портативных плеерах с USB выходами также должны быть осторожны, ведь купить внешний ЦАП очень просто, но не все они поддерживают такое подключение. Некоторые телефоны делают преобразование даже через соединение USB, так что вы не будете слышать разницу, добавив ЦАП. Главное убедиться, чтобы ЦАП поддерживал ОТГ при цифровом подключении к устройству и сам смартфон ОТГ поддерживал + соединение кабелем ЮСБ/ОТГ.
И, наконец, вам нужно какое-то усиление. Если ЦАП имеет выход для наушников (и вы будете использовать только наушники), то усиление встроено прямо в ЦАП. Но если вы хотите подключение к акустике, то вам необходимо купить усилитель для пассивных акустических систем или активные студийные мониторы, или компо-колонки.
Но если серьезно, зачем нужен внешний ЦАП?
ЦАПы являются достаточно зрелой технологией. Если у вас возникли проблемы с качественным звуком, то убедитесь, что у вас нет других возможных источников искажений (включая ваши колонки / наушники), прежде чем принять решение о том, что ЦАП виноват.
Добавление внешнего ЦАП может быть хорошим решением, но не всегда самым дешевым.
Для наушников, в частности, громкость может быть проблемой. Если у вас есть дорогие наушники, то вы можете обнаружить, что выход вашего компьютера или ЦАП просто не достаточно громко выдаёт звук, и даже не в полном объеме. В таком случае, что вам нужно будет купить усилитель для наушников. Многие внешние ЦАП USB имеют встроенные усилители для наушников.
Зачем нужен ЦАП — Выводы
Есть много причин, почему люди покупают внешние ЦАП, но наиболее распространенным является потому, что они довольно дешевые стали + от многих даже дешевых можно получить лучшее качество звука, чем со встроенной звуковой карты компьютера. Но не все ЦАП хороши.
Не все устройства обладают способностью звучать великолепно.
Советую читать сайт Звукомания, и вы найдёте множество обзоров на различные по цене ЦАПы. Если вы хотите слушать ваши большие файлы высокого качества (флак, апе, вав), то внешний ЦАП является хорошим решением. Если вы до сих пор в затруднении, какой ЦАП купить, то пишите мне в ВК я вам помогу.
Не бойтесь меня и добавляйтесь в ВК, Ютуб, Одноклассники, FK
Не забывайте сохранять нас в закладках! (CTRL+SHiFT+D) Подписывайтесь, комментируйте, делитесь в соц.сетях. Желаю удачи в поиске именно своего звука!
На нашем сайте Звукомания есть полезная информация по звуку и видео, которая пригодится для каждого, причем на каждый день, мы обновляем сайт «Звукомания» постоянно и стараемся искать и писать только отличную, проверенную и нужную информацию.
Если вы хотите узнать больше об этой теме, и быть в курсе, пожалуйста, подпишитесь на наш сайт
Источник: zvukomaniya.ru