ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Цифровой - в аналоговый из "Введение в цифровую звукотехнику " Преобразование цифрового сигнала в аналоговый должно основываться на методах, соответствующих типу используемого цифрового сигнала. Если, к примеру, используется простая цифровая амплитудная модуляция или система, в которой число единиц пропорционально амплитуде сигнала, то можно ограничиться простым сглаживанием (рис. 4.1). [c.43] Ддя наглядности проиллюстрируем процесс преобразования с использованием 4-битовых чисел. В таком чиспе (как и любом двоичном) каждый бит имеет различный вес в соответствии с местоположением в числе например, 0001 представляет собой единицу, 0010 - два 0100 — четыре и 1000 — восемь это — последовательность степеней, в которую возводится два. На рис. 4.3 показаны регистр и генератор напряжений для 8 бит, каждый бит генерирует напряжение, пропорциональное его значимости в числе 1 бит на втором месте дает 2 мВ, на четвертом 8 мВ, на седьмом 64 мВ. Сложение этих напряжений дает амплитуду напряжения, пропорциональную двоичному числу 74 мВ в рассматриваемом примере. В этом сущность всех ЦАП. [c.44] Рисунок 4.4 иллюстрирует практическую схему реализации метода. Четыре резистора используются в цепи отрицательной обратной связи и определяют уровень на выходе буферного усилителя в зависимости от коэффициента деления напряжения. В свою очередь он зависит от отношения сопротивлений, так что переключение резисторов формирует изменения напряжения, пропорциональные сопротивлениям. В этом примере каждый резистор может быть включен с помощью аналогового ключа, который в свою очередь управляется параллельным выходом регистра. Если наивысший порядок бит в регистре 1, то включается резистор, сопротивление которого обозначено К, если следующий бит 1, то включается 2К, и т.д. [c.44] В результате напряжение на выходе буферного усилителя (или аналогового сумматора) будет пропорционально двоичному числу. Пока пренебрежем отрицательными числами, поскольку они реализуются путем изменения напряжения, соответствующего старшему разряду это несущественно для выяснения принципа действия преобразователя главное — простота метода. [c.45] Применительно к 16-битовой системе преобразование представляется практически невозможным. Даже если уменьшить минимальное сопротивление до 1 К, то максимальное значение составит 65 М и требования к допуску на сопротивления будут порядка 0,006 %. Скорость преобразования может быть велика, и 16-битовые преобразователи такого типа с тонкопленочными резисторами для некоторых целей находят практическое применение. Для массового применения этот метод реально неприменим. Жесткие требования к допускам на сопротивления могут быть смягчены преобразованием в четырех битах, поскольку старший порядок бит требует наибольшей точности. [c.45] Альтернативой сложению напряжений служит сложение токов. Разумеется, значением тока можно управлять с помощью цепи сопротивлений, и хотя используемые в этом варианте значения сопротивлений более приемлемы, требования к точности их соблюдения сохраняются, как и в предыщущем случае. Есть, однако, и некоторая разница. Вместо преобразования 16-битового числа путем сложения 16 напряжений (каждое последующее из которых вдвое больше предыдущего) можно рассмотреть вариант использования 65 535 источников тока. [c.46] Дпя примера ограничимся тремя разрядами (рис. 4.5). Двоичное число демультиплексируется схемой, имеющей 8 выходов. Если на входе ООО, то ни на одном из выходов не будет высокого уровня если на входе 001, то на одном из выходов будет высокий уровень если на входе 010, то на двух выходах высокий уровень если на выходе 011, то на трех выходах будет высокий уровень и т.д. Если каждый выход демультиплексора переключает равные токи, то полный ток пропорционален двоичному числу. Система привлекает менее жесткими требованиями к допускам, поскольку биты не взвешены. [c.46] Попытка сконструировать 65 536 источников тока, управляемых регистром, не так уж страшна для современной интегральной техники. В настоящее время несмотря на общую тенденцию сокращения числа используемых компонентов надежно работают и более сложные интегральные схемы. Предметом компромисса служит количество источников тока. Вместо 65 536 одинаковых источников тока можно применить меньшее количество источников, поставив их в зависимость от местоположения бита. Предположим, что мы имеем 16 383 источника, каждый из которых оценивается 1, 2, 4 и 8 единицами. Ступеньки тока формируются с помощью резисторов, точность которых вполне реализуема при современной интегральной технологии число компонентов существенно сокращается даже при более сложном преобразователе с 16 битами на входе. Так построен ЦАП, используемый в системе КД. [c.46] В таком типе преобразователя, впервые описанном Плаще в 1976 г., используются сопротивления. Принцип построения иллюстрируется рис. 4.7 проще рассматривать эту схему как токовый сумматор, чем как делитель. Два входных тока /, и /г формируют ток /з если резисторы Л] и равны, то /] = /2 = /3/2, т.е. токи Д и равны половине тока /3. Трудность состоит в том, что резисторы и К2 не идентичны. Чтобы уменьшить влияние разницы в значениях сопротивлений на результат, можно токи поочередно пропустить через каждое сопротивление. В схеме, показанной на рис. 4.7, б, в течение части цикла ток /1 течет через сопротивление 7 1, а /3 — через в течение другой части цикла ток /] течет через Ь — через Если переключение производится достаточно быстро, то разница в сопротивлениях усредняется. Условие равенства токов Д и 7г половине тока /3 достигается, если допуск на сопротивления не превышает 1 %. Теория показывает, что ошибка пропорциональна погрешности управления переключателями приемлемую точность тактирования не хуже 0,01 % осуществить нетрудно. [c.47] Необходимо остановиться на уровне преобразуемого напряжения. Применительно к преобразователям напряжения амплитуда ступенек сигнала может составлять 10 мВ, 100 мВ, 1 В. Чем выше уровень на выходе, тем сложнее осуществляется процесс преобразования, поскольку реализовать высокие скорости переключения напряжений проще при малых ступеньках сигналов, так как паразитные емкости заряжаются до меньших уровней. С другой стороны, чем ниже уровень преобразовываемого сигнала, тем выше эффект паразитного шума. Оптимальным уровнем напряжения при преобразовании можно считать 1 В, и он выдерживается таким в большинстве преобразователей. [c.48] Преобразование цифрового сигнала в аналоговую форму — часть воспроизводящей системы. До преобразования производятся поиск и коррекция ошибок определяется, какие дополнительные биты посланы с каждым числом и с каждой группой чисел. В гл. 3 мы кратко рассмотрели процесс обнаружения и коррекции ошибок, в том числе контроль четности. Контроль четности очень удобен для некоторых систем, в частности, при передаче данных по проводам, но он недостаточен для цифровых звуковых систем и мы рассмотрим более совершенные методы, разработаннью в вычислительной технике. Многие из этих методов известны и используются в сравнительно дешевых домашних компьютерах и для коррекции ошибок в системах записи и воспроизведения двоичных сигналов с обычными кассетными лентами. Эти методы называют цикличной избыточной проверкой (ЦИП), мы рассмотрим простейший из них - метод контрольных сумм. [c.48] Альтернативно сумма = 36 = 8 -4 + 4 в остатке. [c.49] Этот метод контроля ошибок более чувствителен, чем метод контроля четности, при котором замена нуля единицей может компенсироваться заменой единицы нулем в том же самом положе1ши бита в другом числе. Но все же использование метода контрольной суммы не позволяет установить местонахождение ошибки, хотя с его помощью можно определить, есть ли ошибка в конкретном кадре или нет само по себе это уже ценная информация. Для более точного обнаружения местоположения ошибки используются некоторые способы контроля каждого байта или слова, и в ряде случаев ЦИП оказывается очень удобной. [c.49] Математические основы ЦИП изложены в специальной литературе и мы ограничимся примером. Как и во многих системах обнаружения ошибок в ЦИП используются избыточные биты. Дпя примера рассмотрим сигнал, состоящий только из 5 бит. Для кодирования его в соответствии с ЦИП надо использовать 8 бит, 3 из которых являются избыточными и предназначены для обнаружения ощибок. Ниже приводится пример практических действий. [c.49] Выбор ключевого числа не случаен. Оно должно начинаться с 1 и число составляющих его бит должно быть равно числу бит, отведенных для обнаружения ошибок. В нашем примере, когда для обнаружения ощибок отведено 3 бита, ключевое число должно содержать 3 бита и начинаться с 1. Если мы сдвигаем данные влево на 3 позиции и затем делим полученное на ключевое число, остаток после деления будет числом, которое может быть нулем (нет остатка) и далее до 3 бит по 1. Для примера, если мы приняли 3 избыточных бита и используем 7 в качестве ключевого числа, то максимально возможный остаток 6 (двоичное ПО). [c.50] После выполнения деления остаток помещается на младшие вакантные места полного числа, которое теперь состоит из бит данных и бит остатка. Если оно передается без ошибок, деление бит данных на то же ключевое число должно дать тот же остаток. Применение этой системы требует определенных навыков, и она хорошо работает при удалении больших изменений сигнала. [c.50] Использование ЦИП, разработанной для цифровой звуковой системы, требует дополнительных затрат времени и приводит к увеличению объема обрабатываемых данных. Поэтому лучше использовать другую форму кодирования (не просто двоичную), которая будет рассмотрена в гл. 6. [c.50] Вернуться к основной статье