Conversor analógico digital DIY:o guia completo

Sobre o DIY Digital Analog Converter, Traduzir informações armazenadas digitalmente de um iPod, laptop ou outro equipamento de áudio para o som analógico que ouvimos pode ser um projeto complicado.
Por mais fácil que pareça, você não alcançará os resultados desejados sem um componente-chave – o DAC.
Apesar de melhorar seus sons, um conversor analógico-digital de boa qualidade permitirá que você obtenha um fundo sonoro melhor. Assim, criando um escopo de escuta mais profundo para seus projetos.
Aqui está a melhor parte.
Você não precisa comprar um DAC; fazer um DAC DIY (conversor digital para analógico) é barato e relativamente fácil. Além disso, você pode fazer isso sozinho com algumas ferramentas e instrumentos.
No entanto, se você achar isso difícil, não se preocupe. Estamos aqui para você.
Vamos pular direto.

Como funciona um conversor analógico-digital

Antes de nos aprofundarmos em como um DAC funciona, vamos discutir o que é um conversor analógico-digital.

O DAC captura dados digitais do seu dispositivo de áudio e os transforma em sinais de áudio analógicos quando se trata de eletrônicos. Então. Ele envia esses sinais para um amplificador. Então, quando você ouve gravações digitais, o que você está ouvindo é um sinal analógico convertido.

Processo de conversão

Fonte:Wiki commons

No entanto, vários DACs vêm com qualidades diferentes. Por exemplo, os smartphones têm DACs básicos que funcionam bem o suficiente para conversas, mas não para curtir sua coleção de músicas favoritas. Você precisaria do DAC de um alto-falante para isso.

Agora, sabemos que um DAC nos permite ouvir músicas armazenadas em formatos digitais. Mas, o que torna um conversor digital-analógico melhor que o outro?

Antes de tudo, você precisa entender o que acontece dentro de um DAC. Engenheiros de gravação convertem sinais analógicos em uma série de números (sinais digitais). Então, se você quiser ouvi-lo, você precisa converter esses fluxos de bits de números de volta para sinais analógicos.

Diagrama de bloco do circuito DAC

Mas, os DACs não usam uma sequência de tempo consistente para converter fluxos de bits. Assim, resulta no que conhecemos como erros de clock. Portanto, ao reproduzir esses sons, os erros serão exibidos como jitter.

Os tremores afetam negativamente a qualidade da sua reprodução. Em outras palavras, sua música não soará boa o suficiente.

Felizmente, os DACs externos (fones de ouvido e alto-falantes) têm recursos para lidar com esses erros de clock. Ao contrário de suas contrapartes - DACs internos.

Portas DAC externas

Portanto, os DACs externos são perfeitos para todas as configurações de audição. Exemplos de dispositivos com compatibilidade com DAC externo incluem computadores de mesa e laptops, sistemas estéreo domésticos e smartphones.

Exemplo de DAC externo

Como funcionam os conversores de digital para analógico

Alguns anos atrás, não tínhamos DACs para criar sinais analógicos. Certa vez, usamos fitas de carretel e ranhuras de gravação para criar sinais analógicos elétricos. No entanto, os DACs agora nos permitem desfrutar de áudio digital conveniente e portátil.

Registros de carretel e ranhuras de registro

Veja como funciona:

Primeiro, o artista produz uma faixa durante o processo de gravação. Os microfones capturam a voz do artista e dos instrumentos como um sinal de entrada analógico.

Em seguida, o equipamento de gravação usa conversores analógico-digitais (discutiremos isso mais adiante) para transformar sinais analógicos em sinais digitais. Este processo permite o fácil armazenamento desses sinais como um arquivo de áudio digital.

Quando você reproduz o arquivo de áudio digital, o DAC converte os sinais de volta em sinais de áudio analógicos.

Finalmente, o DAC transfere o sinal de saída analógico transformado para o seu amplificador. Assim, enviando música através de seus alto-falantes ou fones de ouvido.

Como funcionam os conversores analógico-digital

Como mencionado anteriormente, os ADCs desempenham um papel importante no processo de conversão de sinal digital para analógico. Circuitos lógicos digitais ADCs como raspberry Pi e Arduinos para transmitir no mundo real.

Os sinais analógicos vêm de diferentes sensores e fontes que medem temperatura, som, movimento, som ou luz.

Diagrama de circuito de um conversor analógico-digital

Enquanto os sinais analógicos fornecem um número ilimitado de diferentes valores de tensão de referência, os circuitos da versão digital funcionam com sinais binários apenas com estados lógicos, lógico alto (1) e lógico baixo (0). Então, precisamos de um circuito eletrônico que possa lidar com essa conversão. É aí que entra o ADC.

Assim, um ADC captura a tensão analógica e gera um código de saída digital que representa a tensão analógica. Mas como isso funciona?

Um ADC segue uma sequência durante as conversões. Primeiro, ele amostra o sinal analógico e o quantifica para determinar sua resolução. Por fim, ele define o valor binário e o transfere como um sinal de saída digital para o sistema - para leitura. Os dois aspectos cruciais deste processo são a resolução e a taxa de amostragem.

Como fazer um conversor digital para analógico

Como os microcontroladores apenas leem sinais digitais, vários modelos vêm com ADC. Mas, há poucos com um DAC. Então, mostraremos como fazer um conversor digital para analógico fácil com materiais fáceis de adquirir. Além disso, você pode expandi-lo facilmente para bits de resolução ilimitada.

Sem mais delongas, vamos aos passos:

Etapa 1:reúna seus materiais

Você pode encomendar seu conjunto de materiais ou recolhê-los você mesmo. Você verá uma placa de circuito impresso, resistores, capacitores, diodos e placa XMOS.

Etapa 2:instale seus componentes

As primeiras coisas que você precisa instalar para este projeto são seus resistores e capacitores em seu PCB. Instale o resistor de 470 ohms, seguido pelos capacitores. Mas, você tem que instalar o maior capacitor antes de instalar os outros de acordo com as marcações na placa.

Além disso, certifique-se de soldar seu ressonador de quartzo. Em segundo lugar, instale seus diodos em uma direção - para não cometer um erro. Por fim, instale os conectores de acordo com as marcações na placa de circuito impresso.

Etapa 3:Conecte sua placa XMOS

Se você deseja que seu DAC tenha entradas SPDIF e USB, precisará comprar um cartão especial (placa XMOS). Então, depois de comprar sua placa XMOS, instale-a com todos os conectores e racks de montagem necessários.

placa XMOS

Observação:esses componentes vêm com o kit.

Se você tiver algum problema nesta etapa, pode ser o seu capacitor. Tente mudar a localização dos capacitores menores. Isso deve resolver o problema.

Etapa 4:monte seu painel de controle e exibição

O DAC possui várias entradas comutáveis ​​e diferentes modos de operação; requer uma placa de controle e exibição. Você pode encontrar esses componentes no kit. Em seguida, siga as instruções na placa de circuito impresso para instalar sua placa de controle e exibição. Por fim, conecte os fios e o display, e seu circuito estará completo.

Etapa 5:primeiro teste

Faça seu primeiro teste no circuito e verifique se tudo está funcionando bem. Se sua primeira verificação mostrar que tudo funciona bem, você está pronto para ir.

Etapa 6:escolha seu Transformer

Você precisará de três fontes de alimentação reguladas para sua placa:2×15 volts, 9-12 volts e 9-12 volts. O enrolamento 2×15 consiste em 9-12 volts com um toque no meio. Por outro lado, os dois transformadores de 9-12 volts possuem enrolamentos independentes. Como o consumo da placa é deficiente, você só precisa de cerca de 5 a 10 watts.

Etapa 7:construa seu invólucro

Agora que você tem seu suprimento e circuito prontos, o próximo é o alojamento. Você pode usar o gabinete de um receptor de satélite ou outro equipamento que se adeque ao seu circuito. No entanto, a instalação da placa dentro do gabinete pode exigir algum trabalho mecânico.

Diferentes invólucros

Se você não encontrar nenhum invólucro para sua placa, poderá comprar versões prontas on-line - como alternativa.

Etapa 8:instale seu painel frontal

Você pode ter pequenos problemas ao instalar o indicador do painel frontal. Além disso, isso também requer algum trabalho mecânico para consertar.

Etapa 9:Montagem final

Construa sua fonte de alimentação com uma placa de circuito, dois transformadores (-15 +15 volts para o primeiro e dois enrolamentos de 12 volts para o segundo). Finalmente, instale tudo no seu caso.

Etapa 10:configuração final

Coloque a saída para fones de ouvido e instale qualquer amplificador classe A para os fones de ouvido dentro do gabinete.

Amplificador

Além disso, se você planeja usar seu dispositivo com uma conexão USB, precisará baixar seus drivers e instalá-los corretamente.

Nota:você pode atualizar seu DAC realizando experimentos e substituindo capacitores e amplificadores. No entanto, se essas atualizações não apresentarem melhores resultados, reverta para os componentes originais.

Fatores que influenciam o processo de conversão

Nem todas as conversões exigem o mesmo tempo de contagem. Alguns podem precisar de tempos de contagem mais altos, enquanto outros podem precisar de tempos de contagem mais baixos. O tempo de conversão típico é de 4,1 ms/ 2 -=2,05 ms. Este pode ser um bom valor.

No entanto, o valor produziria 2 x 244 =488, o que significa 488 conversões em média.

Portanto, uma taxa de clock mais lenta equivale a menos conversões por segundo. Além disso, um conversor com baixa resolução (menor número de estágios de contagem) terá uma taxa de conversão mais alta.

Mais um fator que influencia o processo de conversão é a precisão. A precisão do comparador determina a precisão do conversor.

Palavras finais

O conversor digital-analógico é um componente importante em todos os dispositivos de áudio. A maioria desses dispositivos precisa se comunicar com o mundo real. Assim, eles precisam converter sinais digitais em sinais analógicos.

Além disso, você pode usar quatro tipos de DACs para seus projetos, incluindo DAC delta-sigma, DAC de resistor ponderado binário, DAC segmentado e DAC de escada binária.

Isso resume tudo o que você precisa saber sobre conversores digital-analógico. Se você tiver alguma dúvida, não hesite em contactar-nos. Ficaremos felizes em ajudar.