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DIY数模转换器:完整指南

  • 发表时间:2021-08-26 08:22:54
  • 来源:DIY数模转换器
  • 人气:43

关于 DIY 数字模拟转换器,将来自 iPod、笔记本电脑或其他音频设备的数字存储信息转换为我们听到的模拟声音可能是一个棘手的项目。听起来很简单,如果没有一个关键组件 - DAC,您将无法获得所需的结果。尽管使您的声音更好,但优质的数模转换器将使您获得更好的声音背景。因此,为您的项目创建更深入的聆听范围。这是最好的部分。您不必购买 DAC;制作 DIY DAC(数模转换器)既便宜又相对容易。另外,您可以使用一些工具和仪器自己完成。但是,如果您觉得这很困难,请不要担心。我们在这里为您服务。让我们直接跳进去。

数模转换器的工作原理

在我们深入研究 DAC 的工作原理之前,让我们先讨论一下什么是数模转换器。

DAC 从您的音频设备捕获数字数据,并在涉及电子设备时将其转换为模拟音频信号。然后。它将这些信号发送到放大器。因此,当您收听数字录音时,您听到的是经过转换的模拟信号。 

转换过程

转换过程

来源:维基共享资源

但是,各种 DAC 具有不同的品质。例如,智能手机具有基本的 DAC,可以很好地进行对话,但不能很好地欣赏您喜欢的音乐收藏。为此,您需要扬声器的 DAC。

现在,我们知道 DAC 允许我们收听以数字格式存储的音乐。但是,是什么让一个数模转换器比另一个更好呢?

首先,您必须了解 DAC 内部发生了什么。录音工程师将模拟信号转换成一系列数字(数字信号)。所以,如果你想听它,你必须将这些数字比特流转换回模拟信号。

DAC电路框图

DAC电路框图

资料来源:维基百科

但是,DAC 不使用一致的时序来转换比特流。因此,它会导致我们所知道的计时错误。因此,在播放这些声音时,错误将显示为jitter

抖动会对播放质量产生负面影响。换句话说,你的音乐听起来不够好。

幸运的是,外侧的DAC(耳机和扬声器)有能力处理这些计时错误。与它们的同类产品不同 - 内部 DAC。

外置 DAC 端口

外置 DAC 端口

因此,外置 DAC 非常适合各种聆听设置。具有外置 DAC 兼容性的设备示例包括台式机和笔记本电脑、家庭立体声系统和智能手机。

外置 DAC 示例

外置 DAC 示例

数模转换器的工作原理

几年前,我们没有 DAC 来创建模拟信号。我们曾经使用卷带和记录凹槽来创建电子模拟信号。然而,DAC 现在让我们可以享受方便和便携的数字音频。

卷轴唱片和唱片凹槽

卷轴唱片和唱片凹槽

这是它的工作原理:

首先,艺术家在录音过程中制作一首曲目。麦克风捕捉艺术家和乐器的声音作为模拟输入信号。

接下来,录音设备使用模数转换器(我们将在后面讨论)将模拟信号转换为数字信号。此过程允许将这些信号轻松存储为数字音频文件。

当您播放数字音频文件时,DAC 会将信号转换回模拟音频信号。

最后,DAC 将转换后的模拟输出信号传输到您的放大器。因此,通过扬声器或耳机发送音乐。

模数转换器的工作原理

如前所述,ADC 在数模信号转换过程中发挥着重要作用。ADCs 数字逻辑电路如树莓派和 Arduinos 在现实世界中传输。 

模拟信号来自测量温度、声音、运动、声音或光的不同传感器和信号源。

模数转换器的电路图

模数转换器的电路图

来源:维基共享资源

虽然模拟信号提供无限数量的不同参考电压值,但数字版本电路使用只有逻辑状态、逻辑高 (1) 和逻辑低 (0) 的二进制信号。因此,我们需要一个可以处理这种转换的电子电路。这就是ADC的用武之地。

因此,ADC 捕获模拟电压并生成代表模拟电压的数字输出代码。但是,它是如何工作的?

ADC 在转换期间遵循一个序列。首先,它对模拟信号进行采样并对其进行量化以确定其分辨率。最后,它设置二进制值并将其作为数字输出信号传输到系统——用于读取。这个过程的两个关键方面是分辨率和采样率。

如何制作数模转换器

由于微控制器只读取数字信号,因此各种型号都带有 ADC。但是,很少有 DAC。因此,我们将向您展示如何使用易于获取的材料制作简单的数模转换器。此外,您可以轻松地将其扩展到无限分辨率位。

闲话少说,下面是步骤:

第 1 步:收集材料

您可以订购一套材料,也可以自己收集。FoYoulleed 印刷电路板、电阻器、电容器、二极管和 XMOS 板。

第 2 步:安装您的组件 

您需要为此项目安装的第一件事是PCB上的电阻器和电容器安装 470 欧姆电阻器,然后安装电容器。但是,您必须先安装最大的电容器,然后再根据板上的标记安装其他电容器。

另外,请确保焊接石英谐振器。其次,在一个方向上安装你的二极管——这样你就不会出错。最后,根据 PCB 上的标记安装连接器。

步骤 3:连接您的 XMOS 板

如果您希望 DAC 同时具有 SPDIF 和 USB 输入,则需要购买特殊卡(XMOS 板)。因此,一旦您购买了 XMOS 卡,请使用所有必要的连接器和安装架进行安装。 

XMOS板

XMOS板

来源:Flickr

注意:这些组件随套件一起提供。

如果您在此步骤中遇到任何问题,则可能是您的电容器。尝试切换较小电容器的位置。那应该可以解决问题。

第 4 步:组装您的控制和显示板

DAC 具有多种可切换输入和不同的工作模式;它需要一个控制和显示板。您可以在套件中找到这些组件。接下来,按照 PCB 上的说明安装控制和显示板。最后,连接电线和显示器,您的电路就完成了。

第 5 步:第一次测试

对电路进行第一次测试,确保一切正常。如果您的第一次检查显示一切正常,您就可以开始了。

第 6 步:选择您的变压器

您的电路板需要三个稳压电源:2×15 伏、9-12 伏和 9-12 伏。2×15 绕组由 9-12 伏电压组成,中间有一个抽头。另一方面,两个 9-12 伏变压器具有独立的绕组。由于板子的消耗不足,您只需要大约5-10瓦。

第 7 步:构建您的外壳

现在您已准备好电源和电路,接下来是外壳。您可以使用卫星接收器或适合您电路的其他设备的外壳。但是,将电路板安装在机箱内可能需要一些机械工作。

不同的外壳

不同的外壳

如果您找不到适合您的电路板的任何外壳,您可以在线购买现成的版本 — 作为替代方案。

步骤 8:安装前面板

安装前面板指示灯时可能会遇到一些小问题。另外,这还需要一些机械工作来修复。

第 9 步:最终组装

使用电路板、两个变压器(第一个为 -15 +15 伏,第二个为两个 12 伏绕组)构建电源。最后,在你的情况下安装所有东西。

第 10 步:最终设置

放置耳机输出并在外壳内安装耳机的任何 A 级放大器。

放大器

放大器

来源:维基共享资源

此外,如果您计划通过 USB 连接使用您的设备,则需要下载驱动程序并正确安装它们。

注意:您可以通过进行实验和更换电容器和放大器来升级您的 DAC。但是,如果这些升级没有显示出更好的结果,请恢复到原始组件。 

影响转换过程的因素

并非所有转换都需要相同的计数时间。有些可能需要更高的计数时间,而另一些可能需要更低的计数时间。典型的转换时间是 4.1 ms/2 -= 2.05 ms。这可能是一个很好的价值。 

但是,该值会产生 2 x 244 = 488,这意味着平均有 488 次转化。

因此,较慢的时钟速率等于每秒较少的转换。此外,具有低分辨率(计数级数较少)的转换器将具有更高的转换率。

影响转换过程的另一个因素是准确性。比较器的精度决定了转换器的精度。

最后的话

数模转换器是所有音频设备的重要组件。大多数这些设备需要与现实世界进行通信。因此,他们需要将数字信号转换为模拟信号。 

此外,您可以为您的项目使用四种类型的 DAC,包括 delta-sigma DAC、二进制加权电阻 DAC、分段 DAC 和二进制梯形 DAC。

这包含了您需要了解的有关数模转换器的所有信息。如果您有任何问题,请随时与我们联系我们很乐意提供帮助。