Прибор для преобразования цифрового сигнала в аналоговый

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП): назначение, устройство, применение

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) — это устройства, предназначенные для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Для такого преобразования необходимо осуществить квантование аналогового сигнала, т. е. мгновенные значения аналогового сигнала ограничить определенными уровнями, называемыми уровнями квантования.

Характеристика идеального квантования имеет вид, приведенный на рис. 3.92.

Квантование представляет собой округление аналоговой величины до ближайшего уровня квантования, т. е. максимальная погрешность квантования равна ±0,5h (h — шаг квантования).

К основным характеристикам АЦП относят число разрядов, время преобразования, нелинейность и др. Число разрядов — количество разрядов кода, связанного с аналоговой величиной, которое может вырабатывать АЦП.

Часто говорят о разрешающей способности АЦП, которую определяют величиной, обратной максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Так, 10-разрядный АЦП имеет разрешающую способность (210 = 1024)−1, т. е. при шкале АЦП, соответствующей 10В, абсолютное значение шага квантования не превышает 10мВ.

Время преобразования tпp — интервал времени от момента заданного изменения сигнала на входе АЦП до появления на его выходе соответствующего устойчивого кода.

Характерными методами преобразования являются следующие: параллельного преобразования аналоговой величины и последовательного преобразования.

Ацп с параллельным преобразованием входного аналогового сигнала

По параллельному методу входное напряжение одновременно сравниваются с n опорными напряжениями и определяют, между какими двумя опорными напряжениями оно лежит. При этом результат получают быстро, но схема оказывается достаточно сложной. 

Принцип действия АЦП (рис. 3.93)

При Uвх = 0, поскольку для всех ОУ разность напряжений (U+ − U−) < 0 (U+, U− — напряжения относительно общей точки соответственно неинвертирующего и инвертирующего входа), напряжения на выходе всех ОУ равны −Епит а на выходах кодирующего преобразователя (КП) Z0, Z1, Z2 устанавливаются нули.

Если Uвх > 0,5U, но меньше 3/2U, лишь для нижнего ОУ (U+ − U−) > 0 и лишь на его выходе появляется напряжение +Епит, что приводит к появлению на выходах КП следующих сигналов: Z0 = 1, Z2 = Zl = 0.

Если Uвх > 3/2U, но меньше 5/2U, то на выходе двух нижних ОУ появляется напряжение +Епит, что приводит к появлению на выходах КП кода 010 и т. д.

Посмотрите интересное видео о работе АЦП:

Ацп с последовательным преобразованием входного сигнала

Это АЦП последовательного счета, который называют АЦП со следящей связью (рис. 3.94). В АЦП рассматриваемого типа используется ЦАП и реверсивный счетчик, сигнал с которого обеспечивает изменение напряжения на выходе ЦАП.

Настройка схемы такова, что обеспечивается примерное равенство напряжений на входе Uвх и на выходе ЦАП −U. Если входное напряжение Uвх больше напряжения U на выходе ЦАП, то счетчик переводится в режим прямого счета и код на его выходе увеличивается, обеспечивая увеличение напряжения на выходе ЦАП.

В момент равенства Uвх и U счет прекращается и с выхода реверсивного счетчика снимается код, соответствующий входному напряжению.

Принцип действия рассматриваемого АЦП рис. 3.95) основан на подсчете числа импульсов в отрезке времени, в течение которого линейно изменяющееся напряжение (ЛИН), увеличиваясь от нулевого значения, достигает уровня входного напряжения Uвх. Использованы следующие обозначения: СС — схема сравнения, ГИ — генератор импульсов, Кл — электронный ключ, Сч — счетчик импульсов.

Отмеченный во временной диаграмме момент времени t1 соответствует началу измерения входного напряжения, а момент времени t2 соответствует равенству входного напряжения и напряжения ГЛИН. Погрешность измерения определяется шагом квантования времени. Ключ Кл подключает к счетчику генератор импульсов от момента начала измерения до момента равенства Uвх и Uглин. Через UСч обозначено напряжение на входе счетчика.

Код на выходе счетчика пропорционален входному напряжению. Одним из недостатков этой схемы является невысокое быстродействие.

Ацп с двойным интегрированием

Такой АЦП реализует метод последовательного преобразования входного сигнала (рис. 3.96). Использованы следующие обозначения: СУ — система управления, ГИ — генератор импульсов, Сч — счетчик импульсов.

Принцип действия АЦП состоит в определении отношения двух отрезков времени, в течение одного из которых выполняется интегрирование входного напряжения Uвх интегратором на основе ОУ (напряжение Uи на выходе интегратора изменяется от нуля до максимальной по модулю величины), а в течение следующего — интегрирование опорного напряжения Uоп (Uи меняется от максимальной по модулю величины до нуля) (рис. 3.97).
Пусть время t1 интегрирования входного сигнала постоянно, тогда чем больше второй отрезок времени t2 (отрезок времени, в течение которого интегрируется опорное напряжение), тем больше входное напряжение. Ключ КЗ предназначен для установки интегратора в исходное нулевое состояние. В первый из указанных отрезков времени ключ К1 замкнут, ключ К2 разомкнут, а во второй, отрезок времени их состояние является обратным по отношению к указанному. Одновременно с замыканием ключа К2 импульсы с генератора импульсов ГИ начинают поступать через схему управления СУ на счетчик Сч.

Поступление этих импульсов заканчивается тогда, когда напряжение на выходе интегратора оказывается равным нулю.

Напряжение на выходе интегратора по истечении отрезка времени t1 определяется выражением

Uи(t1) = − ( 1/RC) · t1∫0Uвхdt= − ( Uвх · t1 ) / ( R·C)

Используя аналогичное выражение для отрезка времени t2, получим

t2 = − ( R·C/Uоп) ·Uи(t1)

Подставив сюда выражение для Uи(t1), получим t2 =( Uвх / Uоп)·t1 откуда Uвх = Uoa · t2/t1

Код на выходе счетчика определяет величину входного напряжения.

Одним из основных преимуществ АЦП рассматриваемого типа является высокая помехозащищенность. Случайные выбросы входного напряжения, имеющие место в течение короткого времени, практически не оказывают влияния на погрешность преобразования. Недостаток АЦП — малое быстродействие.

Наиболее распространенными являются АЦП серий микросхем 572, 1107, 1138 и др. (табл. 3.3) Из таблицы видно, что наилучшим быстродействием обладает АЦП параллельного преобразования, а наихудшим — АЦП последовательного преобразования.

Предлагаем посмотреть ещё одно достойное видео о работе и устройстве АЦП:

Источник: https://pue8.ru/silovaya-elektronika/920-analogo-tsifrovye-preobrazovateli-naznachenie-ustrojstvo-primenenie.html

и — Как выбраь преобразователь аудиосигнала

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь – нужен для преобразования аудиосигнала из цифрого формата в аналоговый; обычно, для передачи в усилитель или немедленного озвучивания.

Все современные форматы записи аудио используют цифровое представление. И треки на CD или blu-ray дисках, и mp3-файлы, и музыка с iTunes – все они хранятся в цифровом формате.

И для того, чтобы воспроизвести эту запись, её надо преобразовать в аналоговый сигнал – эту функцию и выполняет цифро-аналоговый преобразователь. Встроенный ЦАП присутствует в любом устройстве, воспроизводящем музыку.

Но часто бывает, что качество проигрывания одних и тех же аудиофайлов (или треков с одного и того же диска) на разных плеерах заметно отличается. Если при этом используются одинаковые усилители и наушники, значит, проблема в ЦАП плеера.

Оригинальный аудиосигнал

сигнал, прошедший через низкокачественный ЦАП

ЦАПы бывают разные: дешевые преобразователи с низким энергопотреблением (часто используемые производителями в мобильных устройствах) имеют низкое быстродействие и малую разрядность, что сильно сказывается на качестве звука.

Если у мобильного устройства есть цифровой выход (S/PDIF или USB), можно подключить к нему внешний ЦАП — это гарантирует высокое качество преобразования цифрового звука в аналоговый.

Кроме того, внешний ЦАП может оказаться очень полезным при прослушивании музыки, записанной в loseless-форматах (форматах записи аудио без потерь качества) с высокой дискретизацией, обеспечивающей максимальное подобие записи и оригинала. Поскольку распространяются такие записи, в основном, через Интернет, часто их прослушивают прямо с компьютера.

Но качественная звуковая карта редко встречается на ноутбуках и планшетах, да и встроенные в материнскую плату десктопного компьютера звуковые карты не отличаются высоким качеством. И в этом случае весь смысл прослушивания loseless музыки теряется абсолютно. Ситуацию можно исправить, если на компьютере есть цифровой аудиовыход, например, S/PDIF.

Подключив к нему ЦАП с частотой дискретизации и разрядностью не меньшей, чем у прослушиваемой записи, можно получить аналоговый сигнал высокого качества.

Еще один приятный бонус можно получить, приобретя ЦАП с поддержкой Bluetooth. Это позволит слушать отличную музыку на подключенных к преобразователю динамиках, не будучи «привязанным» к нему проводами. Для мобильного компьютера (планшета или ноутбука) это может оказаться очень удобным. Кроме того, с таким преобразователем вы сможете проигрывать музыку с других устройств, поддерживающих Bluetooth и легко переключаться между ними.

АЦП – аналого-цифровой преобразователь – нужен, наоборот, для преобразования аналогового аудиосигнала в цифровой формат. АЦП будет незаменим при оцифровке (переводе в цифровой формат) старых аналоговых записей: на грампластинках, аудио и видеокассетах. Также АЦП потребуется при записи в цифровом виде «живого» звука с микрофона. Плееры с функцией записи и компьютерные звуковые карты имеют встроенный АЦП, но если вам важно качество оцифровки, лучше доверить эту задачу специализированному устройству.

Несмотря на совершенно противоположные задачи, АЦП и ЦАП обладают некоторыми общими характеристиками, оказывающими большое влияние на качество преобразования.

Характеристики преобразователей аудиосигнала

Количество отсчетов в секунду — частота дискретизации

Для АЦП частота дискретизации определяет, с какой частотой преобразователь будет измерять амплитуду аналогового сигнала и передавать её в цифровом виде. Для ЦАП – наоборот, с какой частотой цифровые данные будут конвертироваться в аналоговый сигнал.

Чем выше частота дискретизации, тем результат преобразования ближе к исходному сигналу. Казалось бы, чем выше этот показатель, тем лучше. Но, согласно теореме Котельникова, для передачи сигнала любой частоты достаточно частоты дискретизации, вдвое большей частоты самого сигнала.

С учетом того, что самая высокая частота, различимая на слух – 20 кГц (у большинства людей верхняя граница слышимого звука вообще проходит в районе 15-18 кГц), частоты дискретизации в 40 кГц должно быть достаточно для качественной оцифровки любого звука. Частота дискретизации audio CD: 44.1 кГц, и максимальная частота дискретизации mp-3 файлов: 48 кГц, выбраны как раз исходя из этого критерия.

Соответственно, ЦАП, проигрывающий аудиотреки и mp3-файлы, должен иметь частоту дискретизации не менее 48 кГц, иначе звук будет искажаться.

Зеленым цветом показан исходный аудиосигнал, состоящий из нескольких гармоник, близких к 20 кГц. Малиновым цветом обозначен цифровой сигнал, дискретизированный с частотой 44.1 кГц. Синим цветом обозначен аналоговый сигнал, восстановленный из цифрового.Хорошо заметны потери в начале и конце отрезка.

Теоретически, такой частоты дискретизации должно быть достаточно, но практически иногда возникает надобность в большей частоте: реальный аудиосигнал не полностью отвечает требованиям теоремы Котельникова и при определенных условиях сигнал может искажаться. Поэтому у ценителей чистого звука популярны записи с частотой дискретизации 96 кГц.Частота дискретизации ЦАП выше, чем у исходного файла, на качество звука не влияет, поэтому приобретать ЦАП с частотой дискретизации выше 48 кГц имеет смысл, только если вы собираетесь прослушивать с его помощью blu-ray и DVD-аудио или loseless музыку с частотой дискретизации, большей 48 кГц.

Если вы твердо нацелились на приобретение преобразователя с частотой дискретизации выше 48 кГц, то экономить на покупке не стоит. ЦАП, как и любое другое аудиоустройство, добавляет в сигнал собственный шум.

У недорогих моделей шумность может быть довольно высокой, а с учетом высокой частоты дискретизации, на выходе такого преобразователя может появиться опасный для динамиков ультразвуковой шум.

Да и в слышимом диапазоне шумность может оказаться настолько высокой, что это затмит весь выигрыш от повышения частоты дискретизации.

Чем выше разрядность, тем выше точность измерения или восстановления амплитуды сигнала

Разрядность – вторая характеристика, непосредственно влияющая на качество преобразования. Разрядность ЦАП должна соответствовать разрядности аудиофайла. Если разрядность ЦАП будет ниже, он, скорее всего, просто не сможет преобразовать этот файл.

Треки audio CD имеют разрядность 16 бит. Это подразумевает 65536 градаций амплитуды – в большинстве случаев этого достаточно. Но теоретически, в идеальных условиях, человеческое ухо способно обеспечить большее разрешение.

И если о разнице между записями с дискретизацией 96 кГц и 48 кГц можно спорить, то отличить 16-битный звук от 24-битного при отсутствии фонового шума могут многие люди с хорошим слухом.

Поэтому, если ЦАП предполагается использовать для прослушивания DVD и Blu-ray аудио, следует выбирать модель с разрядностью 24.

Чем выше разрядность АЦП, тем с большей точностью измеряется амплитуда звукового сигнала.
При выборе АЦП следует исходить из того, какие задачи с его помощью предполагается решать: для оцифровывания «шумных» аудиозаписей со старых магнитофонных лент высокая разрядность АЦП не нужна. Если же вы планируете получить качественную цифровую запись со студийного микрофона, имеет смысл воспользоваться 24-битным АЦП.

Количество каналов определяет, какой звук сможет преобразовывать устройство. Двухканальный преобразователь сможет обрабатывать стерео и моно звук. Но для преобразования сигнала формата Dolby Digital или Dolby TrueHD понадобится, соответственно, шести- или восьмиканальный преобразователь.

Соотношение сигнал/шум определяет уровень шума, добавляемого в сигнал преобразователем. Чем выше этот показатель, тем более чистым остается сигнал, проходящий через преобразователь. Для прослушивания музыки нежелательно, чтобы этот показатель был ниже 75 дБ. Hi-Fi аппаратура обеспечивает минимум 90 дБ, а высококачественные Hi-End устройства способны обеспечить отношение сигнал/шум в 110-120 дБ и выше.

ЦАП должен иметь цифровой вход – это может быть S/PDIF, USB или Bluetooth. Выход у ЦАП аналоговый — «джек» (jack) или «тюльпаны» (RCA). У АЦП все наоборот – аналоговый вход и цифровой выход. Хорошо, если преобразователь имеет несколько различных входов и выходов – это расширяет возможности по подключению к нему различных устройств. Если же вход на преобразователе один, убедитесь, что аналогичный выход есть на устройстве, к которому предполагается его подключать.

Преобразователи аудиосигнала скорее относятся к студийному и домашнему оборудованию, поэтому питание большинства преобразователей производится от сети 220В. Но существуют и преобразователи, которые питаются от аккумуляторов и могут быть использованы автономно.

Это может оказаться удобным при использовании преобразователя с мобильным устройством – ноутбуком, планшетом, смартфоном или плеером.
Некоторые преобразователи получают питание через разъем micro-USB, при этом получать (или передавать) аудиосигнал через этот разъем они не могут.

Если вам важно, чтобы ЦАП мог читать аудиофайлы на USB-носителях, перед покупкой убедитесь, что USB на устройстве используется не только для питания.

Варианты выбора.

Если вам нужно устройство, с помощью которого можно будет оцифровать старые магнитофонные записи или записать на компьютер звук с микрофона, вам нужен аналогово-цифровой преобразователь. Цены на них начинаются от 1100 рублей.

Если вы желаете получить устройство для качественного проигрывания аудифайлов со смартфона с возможностью беспроводного соединения, выбирайте среди ЦАП с поддержкой Bluetooth. Такое устройство обойдется вам в 1400-1800 рублей.

Если же вы желаете услышать все богатство звука, записанного в loseless-формате с высокой частотой дискретизации и битностью 24, вам понадобится соответствующий ЦАП. Стоить он будет от 1700 рублей.

Задать вопрос по выбору товара на форуме

Источник: https://club.dns-shop.ru/tv/kak-vybra-preobrazovatel-audiosignala/

6 лучших цифро-аналоговых преобразователей

Многие люди до сих пор не знают о том, насколько полезными устройствами являются цифро-аналоговые преобразователи (или, как их ещё называют, внешние ЦАПы). Такой девайс конвертирует цифровой аудиосигнал в аналоговый, передавая его на наушники или акустическую систему.

При этом он справляется со своей задачей лучше, чем, например, blu-ray плеер. Это позволяет наслаждаться качественным звуком, к которому не будет никаких претензий. Особенно если вы используете очень хорошие колонки, да и сам ЦАП не подкачал.

О лучших цифро-аналоговых преобразователях читайте ниже.

Цифро-аналоговый преобразователь какой фирмы выбрать

Работать со звуком крайне сложно. Существует множество алгоритмов его обработки, благодаря которым цифровая музыка превращается в аналоговую. Для реализации наиболее качественных из них требуются очень дорогие комплектующие. Нужно ли говорить, что некоторые производители от них отказываются, стремясь сэкономить несколько долларов на каждом устройстве?

Если вы не желаете разочароваться в покупке, то обратите внимание на товары следующих компаний:

1. FiiO

2. DENON

3. Arcam

4. Cambridge Audio

5. S.M.S.L.

Эти производители собаку съели на создании качественной аудиотехники. В их продукции вы можете не сомневаться. Хотя разочаровывающие своим качеством изделия всё же попадаются — в основном это касается самых дешевых ЦАПов.

M-Audio Super DAC

Это устройство представляет собой относительно небольшую коробочку, большую часть верхней панели которой занимает поворотный регулятор. Присутствуют здесь и несколько светодиодных индикаторов, свидетельствующих о статусе работы и выбранной частоте дискретизации.

M-Audio Super DAC может взаимодействовать с самыми разными устройствами. На одном из его торцов имеется миниатюрный переключатель. С его помощью можно выбрать, что именно сейчас подключено к преобразователю — наушники или колонки. Во втором случае сила звука будет увеличена.

Также покупателей должны порадовать два разъема для наушников: мини-джек и полноценный 6,3-миллиметровый джек. Второй разъем является позолоченным, он используется для подключения самых дорогих наушников без применения переходника. Питание ЦАП получает через USB-разъем.

Достоинства:

• В комплекте есть блок питания;
• Симпатичный внешний вид;
• Шесть частот дискретизации на выбор;
• Два гнезда для наушников;
• Удобные переключатели;
• Имеются оптический, коаксиальный и линейный выходы;
• Используется качественный аудиочип от Wolfson;
• Миниатюрные размеры.

Недостатки:

• Перед первым использованием придется установить драйвера;
• Стоимость понравится не каждому.

Arcam miniBlink

Очень небольшой цифро-аналоговый преобразователь, который внешне не похож ни на одну другую модель. При взгляде на него возникают ассоциации с черным яйцом или летающей тарелкой. В отличие от большинства конкурентов, девайс располагает беспроводным модулем Bluetooth с поддержкой aptX. Если этим же цифровым кодеком наделен ваш смартфон, то на выходе вы получите замечательное качество звучания, близкое к CD-Audio. Среди других поддерживаемых кодеков — AAC и SBC.

Устройство можно использовать только в беспроводном режиме. На его корпусе можно обнаружить лишь два разъема — micro-USB и мини-джек. К последнему подключаются наушники или небольшие колонки. Покупка Arcam miniBlink рекомендуется только тем, кто имеет в своём смартфоне поддержку технологии aptX, но не располагает беспроводной гарнитурой, умеющий декодировать такой сигнал.

Достоинства:

• Коэффициент гармоник не превышает 0,002%;
• Стильный дизайн;
• Поддержка кодека aptX;
• Беспроводной метод приема сигнала;
• Качественный центральный аудиопроцессор PCM 5102;
• Отсутствие каких-либо серьезных настроек;
• Очень маленькие размеры.

Недостатки:

• Нет кнопки включения;
• Высокая стоимость;
• Не принимает звук по проводу.

FiiO DO3K Taishan

Размеры этого устройства составляют 62 x 21 x 49 мм. Иногда кажется, что большую часть преобразователя занимают разъемы — настолько компактная сюда встроена электроника. Девайс легко можно спрятать куда-нибудь за телевизор, чтобы он лишний раз не попадался на глаза.

Подключать к нему можно самую разную технику — те же телевизоры, либо мини-системы (музыкальные центры), или даже игровые приставки. Для подключения используются коаксиальный и оптический входы.

USB-разъем используется только блоком питания, к компьютеру с его помощью подключить ЦАП не получится.

Достоинства:

• Поддержка сигнала вплоть до 192 кГц/24 бит;
• Миниатюрные габариты;
• Нашлось место для коаксиального и оптического входа;
• Адаптер питания имеется в комплекте;
• Присутствуют позолоченные разъемы;
• Имеется световой индикатор получения сигнала;
• Относительно невысокий ценник.

Недостатки:

• В наушниках звук всё же может показаться не самым лучшим;
• Нет регулировки выходного сигнала.

M-Audio Micro DAC 24/192

Этот гаджет вполне может считаться внешней звуковой картой. Он подключается к USB-порту, а его размеры едва превышают габариты обычной флэшки. При этом на корпусе можно обнаружить несколько светодиодных индикаторов. На торце же находятся два разъема — мини-джек и цифровой оптический выход. Кабель для второго разъема уже имеется в комплекте — это приятно, так как покупать его отдельно достаточно накладно.

Девайс располагает переключателем коэффициента усиления. Это позволяет подключать к нему самые разные наушники, отличающиеся по своему сопротивлению. USB-штекер и аналоговый 3,5-миллиметровый разъем являются позолоченными. Это должно исключить помехи и повысить стабильность электрического соединения. От внешних помех защищают SMD-компоненты. Отчасти их применение сказалось на стоимости продукта, которую нельзя назвать низкой.

Достоинства:

• Алюминиевый корпус, приятный на ощупь;
• Поддержка аудиосигнала вплоть до 24 бит/192 кГц;
• На корпусе имеется оптический выход и 3,5-миллиметровый разъем;
• Используется переключатель усиления;
• В комплекте присутствует оптический кабель;
• Работает с Windows и MacOS;
• Компактные габариты;
• USB и мини-джек позолочены.

Недостатки:

• Ценник кажется завышенным;
• Количество аудиовыходов устроит не каждого.

Atoll DAC 100SE

Очень дорогой Hi-Fi компонент, который придаст музыке глубину и насыщенность. Корпус устройства прошел через специальную обработку, в результате чего он полностью защищен от вибрации и внешних помех. Устойчивости способствуют и резиновые ножки, на которых прибор стоит. Передняя панель здесь является пристанищем для нескольких кнопок и световых индикаторов. Разъемы же находятся на задней стенке. Среди них можно обнаружить линейный (RCA), оптический и коаксиальный выходы.

В качестве центрального аудиопроцессора здесь используется Burr-Brown PCM 1796, сходящий с конвейера Texas Instruments. Также под корпусом скрываются два отдельных трансформатора Zarel, которые несут ответственность за аналоговую и цифровую секции. Ещё в схематехнике Atoll DAC 100SE присутствуют семь стабилизированных источников питания. Всё это привело к очень низкому коэффициенту гармоник. Использовать ЦАП можно в паре с телевизором, игровой консолью, CD-проигрывателем и прочей подобной техникой.

Достоинства:

• Антивибрационный алюминиевый корпус;
• Очень долгий срок службы;
• Два силовых трансформатора, отвечающих за разные секции;
• Коаксиальный, линейный и оптический выходы;
• В числе входов — USB, три оптических и три коаксиальных;
• Коэффициент гармонических искажений — лишь 0,001%;
• Один из лучших аудиопроцессоров.

Недостатки:

• Ценник отпугнёт многих потенциальных покупателей;
• Пульт ДУ продается отдельно;
• Нет выхода на наушники.

Cambridge Audio DacMagic 100

Цифро-аналоговый преобразователь с внешним видом на любителя. Его лицевая панель наделена двумя рядами световых индикаторов, один из которых говорит о текущей частоте дискретизации. Устройство можно подключить к игровой консоли, телевизору, музыкальному центру и прочей аудио- и видеотехнике. Для этого предназначены два коаксиальных и один оптический разъем. Также разработчики добавили возможность принимать сигнал с компьютера, для чего используется USB-вход.

Внутри этого преобразователя находится аудиопроцессор Wolfson WM8742. Стоимость устройства — весьма невысокая для такого класса, в связи с чем самого низкого коэффициента гармоник ждать не стоит. Равно как разочаровать способно число выходов, в которое входит только линейный разъем (RCA). В наш рейтинг преобразователь попал только благодаря качеству звучания и продолжительному сроку службы.

Достоинства:

• Металлический корпус;
• Качественный центральный аудиопроцессор;
• Приличное число входов;
• Не самый высокий коэффициент гармоник (0,0025%);
• Шесть частот дискретизации на выбор;
• Стоимость большая, но не завышенная.

Недостаток:

• Минимальное количество аудиовыходов.

Какой цифро-аналоговый преобразователь купить

1. Если вы желаете получить компактное устройство с возможностью регулировки частоты дискретизации, то выберите M-Audio Super DAC.

2. В сторону Arcam miniBlink следует смотреть владельцам смартфонов, наделенных цифровым кодеком aptX.

3. FiiO DO3K Taishan — это оптимальное соотношение цены к качеству. Устройство наделено не самым большим числом разъемов, но и стоит оно весьма недорого.

5. Atoll DAC 100SE и Cambridge Audio DacMagic 100 созданы для любителей Hi-Fi оборудования. Эти преобразователи способны принимать цифровой сигнал с нескольких устройств одновременно, превращая его в аналоговый и отправляя на акустику.

Хочешь получать актуальные рейтинги и советы по выбору? на наш Telegram.

выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter

Источник: https://vyboroved.ru/tsifrovaya-tehnika/802-luchshie-tsifro-analogovye-preobrazovateli-po-otzyvam-polzovatelej.html

Какой аналого-цифровой преобразователь подходит для конкретного приложения?

Стив Логан (Maxim Integrated)

Обилие современных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) ставит разработчика перед непростым выбором.

Интегральные АЦП имеют разрешением 8…24 бит и даже есть несколько 32-битных. Существуют АЦП встроенные в микроконтроллеры, ПЛИСы, микропроцессоры, системы-на-кристалле,  АЦП последовательного приближения (SAR) и сигма-дельта-версии. Конвейерные АЦП используются в тех приложениях где требуется высочайшая скорость выборок. Диапазон скоростей выборок АЦП лежит в пределах от 10 выб/с до свыше 10 Гвыб/с. А разброс цен – от менее $1 до $265 долларов и выше.

Чтобы выбрать наилучший АЦП для вашего приложения, рассмотрим различные типы этих изделий и оптимальные условия применения для их основных типов.

Ацп последовательного приближения – для средних скоростей и «фотографирования» данных

АЦП последовательного приближения (Successive Approximation Register, SAR) выпускаются в широком диапазоне значений разрешения и скорости. Первое, как правило, лежит в пределах 6…8 до 20 бит, вторая же – от нескольких Квыб/с до 10 Мвыб/с.

SAR АЦП – хороший выбор для приложений со средним диапазоном скоростей, таких как управление электродвигателем, анализ вибраций, мониторинг производственных процессов.

Они не столь быстродействующие, как конвейерные АЦП (которые рассматриваются далее), но их быстродействие выше, чем у сигма-дельта-АЦП (также рассматриваются далее).

Еще одно преимущество SAR АЦП: они делают «фотографию» аналогового входного сигнала. SAR-архитектура производит выборку в конкретный момент времени.

Когда разработчику может это понадобиться? Когда вам необходимо измерить сразу несколько сигналов, вы можете одновременно делать выборку несколькими одноканальными SAR АЦП или осуществлять одновременную выборку с помощью мультиканального АЦП или нескольких устройств выборки хранения (УВХ, Track-and-hold, T/H-cores) внутри него. Это позволит системе измерять значения нескольких аналоговых сигналов в одно и то же время.

В токовых трансформаторах и трансформаторах напряжения SAR АЦП используются в цепях реализации релейной защиты. С их помощью система защиты одновременно измеряет различные фазы тока и напряжения. В коммунальном сетевом хозяйстве это способствует более эффективному управлению энергосетями.

Сигма-дельта-АЦП – для большей точности

Если вам необходима повышенная точность за счет более высокого уровня семплирования или максимальное значение эффективного количества бит (ENOB), наилучшим выбором станет сигма-дельта-АЦП, особенно для малошумящих точных приложений. Когда скорость не так критична, передискретизация и формирование шума в сигма-дельта-АЦП дают очень высокую точность.

Когда 5…10 лет назад рынок АЦП последовательного приближения только начал насыщаться, многие аналоговые компании инвестировали в многоканальные сигма-дельта-ядра. Сегодняшний результат этого процесса – очень качественные АЦП с разрядностью до 24 или 32 бит и частотой дискретизации от 10 выб/с до 10 Мвыб/с.

В каких приложениях может потребоваться разрешение более 20 бит? Пример применений, в которых стандартно требуется точность на уровне максимально возможного количества бит – измерительные приборы и топливные хроматографы для нефтяной и газовой промышленности. А также другие системные применения, которые задают стандарты в оценке точности аналоговых сигналов, применения, где конечные пользователи должны быть абсолютно уверены в полученных данных.

Нужен ли модулятор?

Новейшие сигма-дельта-АЦП стало сложно классифицировать в значениях скорости и частоты дискретизации. Традиционные сигма-дельта-АЦП осуществляли всю цифровую постобработку внутри себя (в том числе, с помощью SINC/отсекающих фильтров, децимации, формирования шума).

После этого данные последовательно выдавались наружу с очень высоким ENOB (Effective Number of Bits – эффективное количество бит). Например, если у вас был 24-битный АЦП, выходные данные выдавались в 24-битном формате. Первый бит был наибольшим значащим (MSB), а 24-й – наименьшим (LSB).

Скорость выдачи данных в обычном случае равнялась системной тактовой частоте, деленной на 24. Это были не самые быстрые и не самые гибкие АЦП.

В последние 5…10 лет более популярны стали сигма-дельта-модуляторы, в частности – в приложениях, требующих повышенной скорости (часто около 1 Мвыб/с и более). Не ожидая полной оцифровки 24-битного выхода, сигма-дельта-модулятор выдает поток данных побитово, перекладывая задачу цифровой фильтрации для дальнейшего анализа данных на плечи процессора или ПЛИС.

Эта гибкость модулятора полезна для таких приложений, как управление электродвигателем, где может вполне хватить разрядности 12…16 бит. Контроллер двигателя может и не нуждаться в 8 младших значащих битах из 24-битного потока данных, если первые 16 бит обеспечивают достаточную точность аналогового измерения.

Последовательные АЦП против сигма-дельта: главное – скорость

Еще одна важная тема для обсуждения – входные фильтры. Вспомним, что последовательная архитектура АЦП позволяет сделать быстрый кадр. Когда приложению требуется повышенная частота выборки, входной фильтр становится более сложным.

Затем во многих случаях для «раскачки» входного конденсатора и быстрого гашения колебаний необходим внешний буфер или усилитель, и этот усилитель должен иметь достаточную полосу пропускания. На рисунке 1 показан пример включения 16-битного последовательного АЦП MAX11166 500 квыб/с.

Чем выше разрядность и больше скорость дискретизации – тем короче отрезок времени, необходимый для согласования входа и корректного считывания данных.

На рисунке 1 используются усилитель MAX9632 с полосой усиления 55 МГц и простой RC-фильтр. Этот конкретный усилитель обеспечивает шум менее 1 нВ/√Гц, что дает системное разрешение на уровне 1/10 дБ эффективного бита.

Рис. 1. Входной фильтр АЦП последовательного приближения на базе усилителя MAX9632

В сравнении с АЦП последовательного приближения, данные со входа сигма-дельта-АЦП считываются много раз, поэтому требования к сглаживающему фильтру не так критичны. Зачастую достаточно простого RC-фильтра. На рисунке 2 показан пример подключения 24-битного сигма-дельта АЦП MAX11270 64 квыб/с. Это – так называемый мост Уитстоуна с конденсатором 10 нФ, включенным между дифференциальными входами.

Рис. 2. Пример входного фильтра сигма-дельта-АЦП MAX11270

Конвейерные АЦП – для сверхвысокой частоты дискретизации

В этой статье мы уже упомянули конвейерные АЦП как востребованные для получения наиболее высоких частот дискретизации, к примеру, в РЧ-приложениях и SDR – беспроводном радио с программным заданием частоты.

За последние 10 лет крупнейшие производители аналоговых микросхем активно инвестировали в разработку конвейерных АЦП. Два основных преимущества конвейерных АЦП – скорость и мощность. С учетом частот дискретизации от 10 Мвыб/с до нескольких Гвыб/с, наиболее критичным становится выбор для этих изделий интерфейсов.

Ожидается «большая битва» вокруг цифровых выходов конвейерных АЦП. В качестве основного до сих пор предлагался параллельный интерфейс, но и последовательный LVDS-интерфейс вполне подходит, например, для ультразвуковых приложений с большим количеством каналов и частотой дискретизации в пределах 50…65 Мвыб/с.

Однако уже существуют новые типы интерфейсов.

Последовательный интерфейс JESD204B

JESD204B – это высокоскоростной последовательный интерфейс с передачей данных до 12,5 Гбит/с. Возникнув сравнительно недавно, он позволил производителям АЦП значительно повысить частоты дискретизации, а за ними подтянулись производители процессоров и ПЛИС со своими последовательными приемопередатчиками.

В многоканальном приложении с несколькими параллельно включенными АЦП проблемой являются запутанные соединения между АЦП и ПЛИС/процессором. При применении интерфейса JESD204B число линий данных значительно сокращается, экономя тем самым пространство платы. На рисунке 3 показаны одна последовательная выходная пара и вход синхронизации этого интерфейса, что значительно сокращает требуемое количество контактов для ввода-вывода.

Рис.3. Подключение последовательного интерфейса JESD204B

Отметим, что в последние годы было опубликовано множество статей о JESD204B, где можно найти подробную информацию о работе интерфейса.

Энергопотребление конвейерных АЦП

По мере роста миниатюризации изделий лидирующие производители АЦП все интенсивнее борются за сокращение энергопотребления. Хорошие показатели – 1 мВт на 1 Мвыб/с. Если показатели вашего АЦП близки к этому, то у вас есть, от чего оттолкнуться в создании проекта.

АЦП, оптимизированные для микроконтроллеров, ПЛИС, ЦПУ и систем-на-кристалле

АЦП, встроенные в микросхемы, как правило, не самые производительные. Изначально, когда в микросхему встраивался 12-битный АЦП, предполагалось, что он будет работать как 8-битный для получения гарантированных значений эффективного количества бит (ENOB) или линейности.

Для обеспечения нужных характеристик работы АЦП пользователю необходимо тщательно изучить параметры полной спецификации и определить, какие из них должны иметь гарантированные значения.

Однако зачастую просматривались только стандартные характеристики или минимальные и максимальные значения параметров из кратких спецификаций.

В последнее время такие характеристики АЦП как интегральная нелинейность (INL), дифференциальная нелинейность (DNL), ошибка усиления и эффективное количество бит (ENOB) значительно улучшились, что позволило более активно встраивать АЦП в микроконтроллеры, и число микросхем со встроенными АЦП значительно возросло. В настоящее время, если приложению требуется преобразование с разрешением 12 бит и менее или всего несколько каналов преобразования, наиболее экономичным решением является микроконтроллер.

Производители ПЛИС также начали встраивать АЦП в свои системы. Например, компания Xilinx размещает 12-битный 1 Мвыб/с АЦП во всех ПЛИС 7 серии и системах-на-кристалле Zynq. Однако весьма важным является расположение АЦП на плате.

Процессорный модуль с ПЛИС или системой-на-кристалле может находиться на значительном удалении от аналогового входа, который вообще может размещаться на отдельной плате, соединенной с процессорной платой посредством высокоскоростной цифровой шины. Если вы не хотите подвергать чувствительные аналоговые сигналы такому испытанию, то встроенное в процессор или ПЛИС АЦП – не ваш выбор.

Если мы заговорили о PLC, следует упомянуть о таком важном элементе как изоляция. Большинство аналоговых входов PLC включает несколько форм изоляции, обычно цифровой. Многие модули с аналоговыми входами содержат недорогие микроконтроллеры для быстрых отклика и прерываний.

В этом случае расположение изоляции подсказывает, следует ли применить встроенный АЦП. Если изоляция расположена между процессором (или микроконтроллером) и шиной, встроенный АЦП подходит.

Если микроконтроллер требуется изолировать от высоковольтных входных сигналов, тогда лучшим решением являются интегральный АЦП и цифровой изолятор.

Какой выбор наилучший?

Мы обсудили несколько характеристик современных АЦП. А насколько важны скорость, мощность и точность сигналов, которые вы измеряете?

Если вам необходимо простое считывание с низким разрешением для домашнего использования, это смогут, по всей вероятности, проделать АЦП, встроенные в микроконтроллер, ПЛИС, процессор или систему-на-кристалле АЦП.

Если ваше приложение низкоскоростное (входной аналоговый сигнал близок к постоянному току, например, медленно изменяющийся сигнал температуры), оптимальным выбором является сигма-дельта-АЦП.

Если сигнал на входе изменяется достаточно быстро, как в случае с анализом вибраций мотора, работающего со скоростью около 1000 оборотов в минуту, наилучшим вариантом является последовательный (SAR) АЦП. Если приложение должно измерять наиболее быстро изменяющиеся аналоговые сигналы из существующих, тогда лучший выбор – конвейерный АЦП.

фраза, о которой не стоит забывать в процессе выбора АЦП – «это зависит от…». Если вы разработчик цифровых схем или эксперт по источникам питания, озадаченный выбором правильного АЦП — вы изучите подробные инструкции. АЦП – это сложные микросхемы с множеством нюансов, требующие тщательного изучения технического описания и отладочных комплектов. В таблице 1 приведены минимальные и максимальные параметры АЦП, доступных на рынке. Это реальная картина сегодняшнего дня. Кто знает, как она изменится в ближайшие годы?

Таблица 1. Стандартный диапазон характеристик АЦП

Тип АЦП/Характеристики	Частота дискретизации/скорость	Разрешение/бит	Цена	Мощность
АЦП последовательного приближения (SAR)	Постоянный ток…10 Мвыб/с	8…20	Малая/средняя	Самая малая в пересчете на квыб/с
Сигма-дельта-АЦП	Постоянный ток…20 Мвыб/с*	16…32	Малая/средняя	Малая/средняя
Конвейерный АЦП	10 Мвыб/с…5 Гвыб/с	8…16	Самая высокая	Самая высокая
АЦП, встроенный в МК/ПЛИС/СнК	Постоянный ток…1 Мвыб/с	8…16	Самая малая	Малая/средняя

* – скорость выхода модулятора

•••

Источник: https://www.compel.ru/lib/articles/kakoy-analogo-tsifrovoy-preobrazovatel-podhodit-dlya-konkretnogo-prilozheniya