Цифро-аналоговый преобразователь своими руками:полное руководство

О цифровом аналоговом преобразователе «Сделай сам». Преобразование информации, хранящейся в цифровом виде с iPod, ноутбука или другого аудиооборудования, в аналоговый звук, который мы слышим, может быть сложным проектом.
Как бы просто это ни звучало, вы не добьетесь желаемых результатов без одного ключевого компонента — ЦАП.
Несмотря на улучшение ваших звуков, качественный цифро-аналоговый преобразователь позволит вам получить лучший звуковой фон. Таким образом, создавая более глубокую область прослушивания для ваших проектов.
Вот лучшая часть.
Вам не нужно покупать ЦАП; сделать ЦАП своими руками (цифро-аналоговый преобразователь) недорого и относительно просто. Кроме того, вы можете сделать это самостоятельно с помощью нескольких инструментов и инструментов.
Однако, если вам это покажется трудным, не беспокойтесь. Мы здесь для вас.
Давайте сразу приступим.

Как работает цифро-аналоговый преобразователь

Прежде чем мы углубимся в работу ЦАП, давайте обсудим, что такое цифро-аналоговый преобразователь.

ЦАП захватывает цифровые данные с вашего аудиоустройства и преобразует их в аналоговые аудиосигналы, когда дело доходит до электроники. Затем. Он посылает эти сигналы на усилитель. Итак, когда вы слушаете цифровые записи, вы слышите преобразованный аналоговый сигнал.

Процесс преобразования

Источник:Wiki commons

Однако разные ЦАП обладают разным качеством. Например, в смартфонах есть базовые ЦАП, которые достаточно хороши для разговоров, но не для прослушивания вашей любимой музыкальной коллекции. Для этого вам понадобится ЦАП динамика.

Теперь мы знаем, что ЦАП позволяет нам слушать музыку, хранящуюся в цифровых форматах. Но чем один цифро-аналоговый преобразователь лучше другого?

Прежде всего, вы должны понимать, что происходит внутри ЦАП. Инженеры звукозаписи преобразуют аналоговые сигналы в серию чисел (цифровые сигналы). Так что, если вы хотите его прослушать, вам нужно преобразовать эти битовые потоки чисел обратно в аналоговые сигналы.

Блок-схема цепи ЦАП

Но ЦАП не используют согласованную временную последовательность для преобразования битовых потоков. Таким образом, это приводит к тому, что мы знаем как ошибки синхронизации. Таким образом, при воспроизведении этих звуков ошибки будут отображаться как дрожание.

Дрожание отрицательно влияет на качество воспроизведения. Другими словами, ваша музыка будет звучать недостаточно хорошо.

К счастью, внешние ЦАПы (наушники и динамики) способны справляться с такими ошибками синхронизации. В отличие от своих аналогов — внутренних ЦАП.

Внешние порты ЦАП

Таким образом, внешние ЦАП идеально подходят для любой настройки прослушивания. Примеры устройств, совместимых с внешним ЦАП, включают настольные и портативные компьютеры, домашние стереосистемы и смартфоны.

Пример внешнего ЦАП

Как работают цифро-аналоговые преобразователи

Несколько лет назад у нас не было ЦАПов для создания аналоговых сигналов. Когда-то мы использовали катушечные ленты и канавки для записи для создания электрических аналоговых сигналов. Однако сегодня ЦАПы позволяют нам наслаждаться удобным и портативным цифровым звуком.

Записи на катушках и канавки для записей

Вот как это работает:

Во-первых, артист создает трек в процессе записи. Микрофоны улавливают голос артиста и инструменты в виде аналогового входного сигнала.

Затем записывающее оборудование использует аналого-цифровые преобразователи (мы обсудим это позже) для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Этот процесс позволяет легко сохранять эти сигналы в виде цифрового аудиофайла.

При воспроизведении цифрового аудиофайла ЦАП преобразует сигналы обратно в аналоговые аудиосигналы.

Наконец, ЦАП передает преобразованный аналоговый выходной сигнал на ваш усилитель. Таким образом, отправляя музыку через динамики или наушники.

Как работают аналого-цифровые преобразователи

Как упоминалось ранее, АЦП играют важную роль в процессе преобразования цифрового сигнала в аналоговый. Цифровые логические схемы АЦП, такие как Raspberry Pi и Arduino, для передачи в реальном мире.

Аналоговые сигналы поступают от различных датчиков и источников, которые измеряют температуру, звук, движение, звук или свет.

Принципиальная схема аналого-цифрового преобразователя

В то время как аналоговые сигналы обеспечивают неограниченное количество различных значений эталонного напряжения, цифровые схемы работают с двоичными сигналами только с логическими состояниями, высоким логическим уровнем (1) и низким логическим уровнем (0). Итак, нам нужна электронная схема, которая справится с этим преобразованием. Вот где в дело вступает АЦП.

Таким образом, АЦП захватывает аналоговое напряжение и генерирует цифровой выходной код, представляющий аналоговое напряжение. Но как это работает?

АЦП следует последовательности во время преобразования. Во-первых, он производит выборку аналогового сигнала и количественно определяет его разрешение. Наконец, он устанавливает двоичное значение и передает его в виде цифрового выходного сигнала в систему для чтения. Двумя важными аспектами этого процесса являются разрешение и частота дискретизации.

Как сделать цифро-аналоговый преобразователь

Поскольку микроконтроллеры считывают только цифровые сигналы, различные модели поставляются с АЦП. А вот с ЦАП мало. Итак, мы покажем вам, как сделать простой цифро-аналоговый преобразователь из доступных материалов. Кроме того, вы можете легко расширить его до неограниченного разрешения.

Без дальнейших церемоний, вот шаги:

Шаг 1. Соберите материалы

Вы можете заказать свой набор материалов или собрать их самостоятельно. Вам понадобится печатная плата, резисторы, конденсаторы, диоды и плата XMOS.

Шаг 2. Установите компоненты

Первое, что вам нужно установить для этого проекта, — это резисторы и конденсаторы на печатной плате. Установите резистор на 470 Ом, а затем конденсаторы. Но вы должны установить самый большой конденсатор перед установкой остальных в соответствии с маркировкой на плате.

Также не забудьте припаять кварцевый резонатор. Во-вторых, устанавливайте диоды в одном направлении, чтобы не ошибиться. Наконец, установите разъемы в соответствии с маркировкой на печатной плате.

Шаг 3. Подключите плату XMOS

Если вы хотите, чтобы ваш ЦАП имел входы SPDIF и USB, вам необходимо купить специальную карту (плата XMOS). Итак, купив карту XMOS, установите на нее все необходимые разъемы и монтажные стойки.

Плата XMOS

Примечание. Эти компоненты входят в комплект.

Если у вас возникнут какие-либо проблемы на этом этапе, это может быть ваш конденсатор. Попробуйте поменять местами меньшие конденсаторы. Это должно решить проблему.

Шаг 4. Соберите плату управления и дисплея

ЦАП имеет различные переключаемые входы и различные режимы работы; для этого требуется панель управления и индикации. Вы можете найти эти компоненты в комплекте. Затем следуйте инструкциям на печатной плате для установки платы управления и дисплея. Наконец, подключите провода и дисплей, и ваша схема готова.

Шаг 5. Первое тестирование

Проведите первое тестирование схемы и убедитесь, что все работает нормально. Если ваша первая проверка показывает, что все работает нормально, все готово.

Шаг 6. Выберите трансформатор

Вам понадобятся три регулируемых источника питания для вашей платы:2 × 15 вольт, 9-12 вольт и 9-12 вольт. Обмотка 2х15 состоит из 9-12 вольт с отводом от середины. С другой стороны, два трансформатора на 9-12 вольт имеют независимые обмотки. Поскольку потребление платы невелико, вам потребуется всего около 5-10 Вт.

Шаг 7. Создайте корпус

Теперь, когда у вас есть источник питания и схема, на очереди корпус. Вы можете использовать корпус от спутникового ресивера или другого оборудования, подходящего для вашей схемы. Однако для установки платы внутрь корпуса может потребоваться некоторая механическая работа.

Различные оболочки

Если вы не можете найти корпус для своей платы, вы можете купить готовые версии в Интернете — в качестве альтернативы.

Шаг 8. Установите переднюю панель

У вас могут возникнуть небольшие проблемы при установке индикатора передней панели. Кроме того, это также требует некоторых механических работ для исправления.

Шаг 9. Окончательная сборка

Соберите блок питания с печатной платой, двумя трансформаторами (-15 +15 вольт для первого и две обмотки по 12 вольт для второго). Наконец, установите все в свой корпус.

Шаг 10. Окончательная настройка

Разместите выход для наушников и установите внутрь корпуса любой усилитель класса А для наушников.

Усилитель

Кроме того, если вы планируете использовать свое устройство с USB-подключением, вам необходимо загрузить драйверы и правильно их установить.

Примечание:вы можете модернизировать свой ЦАП, проводя эксперименты и заменяя конденсаторы и усилители. Однако, если эти обновления не дают лучших результатов, вернитесь к исходным компонентам.

Факторы, влияющие на процесс конверсии

Не все конверсии требуют одинакового времени подсчета. Некоторым может потребоваться больше времени, а другим может потребоваться меньшее время счета. Типичное время преобразования составляет 4,1 мс/2 -=2,05 мс. Это может быть хорошим значением.

Однако это значение даст 2 x 244 =488, что означает в среднем 488 конверсий.

Таким образом, чем медленнее тактовая частота, тем меньше конверсий в секунду. Кроме того, конвертер с низким разрешением (меньшее количество ступеней счета) будет иметь более высокую скорость преобразования.

Еще одним фактором, влияющим на процесс преобразования, является точность. Точность компаратора определяет точность преобразователя.

Заключительные слова

Цифро-аналоговый преобразователь является важным компонентом всех аудиоустройств. Большинству этих устройств необходимо общаться с реальным миром. Таким образом, они должны преобразовывать цифровые сигналы в аналоговые сигналы.

Кроме того, вы можете использовать четыре типа ЦАП для своих проектов, включая ЦАП с дельта-сигма, ЦАП с бинарным взвешенным резистором, сегментированный ЦАП и ЦАП с двоичной релейной диаграммой.

Вот и все, что вам нужно знать о цифро-аналоговых преобразователях. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам. Будем рады помочь.