ADC 和 DAC 转换器的工作原理：您需要了解的一切

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ADC 和 DAC 转换器的工作原理：您需要了解的一切

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DAC（数字到模拟）和 ADC（模拟到数字）转换器是我们日常使用的许多电子设备中的重要组件，因为它们可以将数字数字信息转换为模拟信号（例如声音），反之亦然。

DAC（数字到模拟）和 ADC（模拟到数字）转换器是我们日常使用的许多电子设备中的重要组件，因为它们可以将数字数字信息转换为模拟信号（例如声音），反之亦然。如果您曾经想知道数字音乐如何从一系列的 1 和 0 变成您耳朵可以听到的内容，或者麦克风如何将您的声音转换为计算机处理的数据，答案就在这些转换器中。了解它的工作原理不仅令人着迷，而且对于那些想要进入电子、音频领域或只是想了解更多有关我们周围技术的技术知识的人来说也是关键。
这些设备虽然听起来很复杂，但执行的过程描述起来相当简单，但在实践中需要高精度和先进的技术。在这篇文章中，我们将详细介绍它的工作原理、主要特征、存在的类型以及它们在日常生活中的使用场景，以便您对一切都一目了然。

什么是 DAC 转换器以及它的用途是什么？

数模转换器（DAC），是一种获取数字信息（通常以二进制代码（0 和 1 的序列）表示）并将其转换为连续模拟信号的设备，就像音频信号一样。您可以通过扬声器、耳机或任何其他音频输出设备收听该模拟信号。

分辨率是 DAC 的最重要的参数之一，因为它决定了生成的模拟信号的精度。分辨率与转换器的位数直接相关：例如，8 位 DAC 的精度低于 16 位 DAC。好的 DAC 可以显着提高数字音频质量，高保真音乐播放器就是如此。

另一个相关方面是它的响应时间，即执行转换的速度。这对于延迟必须最小化的高质量音频应用至关重要。此外，DAC 还可以具有不同类型的输出：有些可能是电流，有些可能是电压，制造商的规格详细说明了这些差异。

什么是ADC转换器？

数模转换器（ADC）执行相反的操作。它获取模拟信号（例如麦克风捕获的声音、传感器测量的温度或电压信号），并将其转换为可由计算机或其他电子设备处理的数字数据。

ADC 的工作过程称为采样和量化。采样涉及以不同的时间间隔“切片”信号并记录每个点的模拟信号值。接下来，进行量化，包括使用编码系统将该值分配给数字。采样率（以 kHz 为单位）是影响转换质量的重要因素；采样率越高，转换越准确。

ADC 中的采样和量化过程

ADC 所做的第一件事是定期测量模拟信号，我们称之为采样。这以采样频率表示，取决于您想要转换的内容。以音频为例，标准频率通常为 44.1 kHz，用于 CD，是人类可听到的最大频率 20 kHz 的两倍。在这里我们应用奈奎斯特采样定理，它指出采样率应大于最大信号频率的两倍以避免失真。

接下来，量化，这基本上是将每个采样值分配给一个数字。用于表示每个样本的位数决定了位深。 ADC 的位深度越深，原始模拟信号的表示就越准确。

ADC 和 DAC 的类型：有多少种？

ADC 和 DAC 的类型，根据精度和转换速度的需要，每种方法都有其优点和缺点。最常见的 ADC 包括逐次逼近、Σ-Δ和流水线。

逐次逼近 ADC（或 SAR）是最流行的ADC之一，因为它提供了低功耗且相当准确，尽管它不是最快的。它的工作原理是获取模拟信号并将其与内部 DAC 的值逐步进行比较，直到获得最佳的数字估计。它们非常适合不需要超快速转换的应用。

就其本身而言，Sigma-Delta ADC 的优点是提供极高的分辨率，使其成为音频应用或精确测量的理想选择。但其转换速度较慢。

最后，流水线 ADC 速度最快，用于需要在短时间内处理大量数据的应用，例如电信系统或超声成像。与其他类型的 ADC 相比，它们更加复杂并且通常消耗更多的功率。

最常见的 DAC

关于 DAC，我们可以区分梯子R-2R、电阻链和二进制加权。二进制加权 DAC 是最基本的，基于电阻器组合，允许将二进制值转换为相应的模拟电压。然而，当处理非常大的数字时，它们会出现精度问题。

与此同时，R-2R 梯形 DAC 更加精确且可扩展，仅使用两个电阻值，使其成为业界非常受欢迎的型号。此类 DAC 的不同版本存在于各种电子设备中。

ADC和DAC的应用

DAC和ADC转换器有大量的实际应用。在这种情况下DAC，对于音频设备至关重要，例如CD播放机、计算机声卡和现代高保真音乐播放器。这外部 DAC它们经常被希望提高系统音频质量的发烧友使用。它们通常连接到 CD 播放器或计算机，然后连接到放大器，以更高的精度和质量将数字信号转换为模拟信号。

此外，该ADC它们对于诸如麦克风、数码相机以及任何收集模拟信号并需要以数字格式进行处理的系统。计算机本身无法理解纯模拟信号；在处理之前需要一个 ADC 将其转换为数字数据。

在许多系统中，例如音频接口对于录音室，ADC 和 DAC 一起工作。 ADC 从麦克风获取信号并将其转换为数字数据，以便软件可以对其进行处理、应用效果等。然后 DAC 获取处理后的数据并将其转换回模拟信号，以便可以通过耳机或扬声器播放。

转换器的历史和演变

音频行业 ADC 和 DAC 发展的第一步是磁带录音的发明。尽管最初是模拟的，但该技术的本质允许工程师尝试不同的信号数字化方法。第一个商业 ADC/DAC 应用始于 70 世纪 XNUMX 年代，当时索尼等公司推出了先进的数字录音机，可以对音频进行数字录制、编辑和处理。的到来CD80年代，以其 44.1 kHz 的质量，是这项技术普及的关键时刻，不久之后专业研究他们开始系统地使用这些转换器。

如今，由于半导体技术的进步，ADC 和 DAC 已经小型化，可以装入小型集成电路中，从而使它们更快、更准确，并且更容易为大众所接受。现在，即使在移动设备上，我们也可以找到以前只能在非常昂贵的专业设备上才能实现的高质量转换系统。