Часть 13 Аналого-цифровые преобразования



==879

Здесь рассматриваются основные вопросы преобразования аналоговых и цифровых сигналов: аналогово-цифровые ( A/D ) и цифро-аналоговые ( D/A ) преобразователи ( АЦП и ЦАПы ), «смешанная» тема - фазовая автоподстройка ( PLL ) и немного псевдослучайного шума.

Человек живёт в аналоговом ( непрерывном ) мире - мире звуков, образов, расстояний, времени, токов и т.п., которые, казалось бы, созданы для аналоговых схем ( генераторов, усилителей, фильтров и т.д. ). Но окружающий мир бывает и цифровым ( дискретным, квантованным ) - миром чисел, расчётов, текстов, символов и т.п., для которых нужны цифровые схемы ( вычислительные устройства, память и т.д. ). И так всё и было долгое время: аналоговые усилители и фильтры для аудио- и видеосигналов, аналоговые генераторы, резонансные контуры, смесители и даже аналоговые компьютеры для решения дифференциальных уравнений ^_1 для управления полётом и прицеливания. В то же самое время цифровая техника сначала в виде релейной логики, затем триггеров на лампах, транзисторах, ИМС малой степени интеграции и, наконец, больших и быстрых микросхем на миллиардах транзисторов использовалась для математических и денежных расчётов.

Но невероятное увеличение быстродействия и уменьшение размеров цифровых схем породило совершенно новые возможности по цифровой обработке почти любой «аналоговой» величины. Например, звукоинженеры могут оцифровать сигнал с каждого микрофона непосредственно в ходе записи и проводить всю постобработку ( смешивание, наложение, реверберацию ) в виде математических операций над массивами чисел. Всё то же справедливо и для видеосигналов. Каждый день цифровая техника продолжает захват современной цивилизации: бытовые весы получили разрешение 1:1000 ^_2 , свет в подъезде включается цифровой схемой, учитывающей годовое изменение светлого/тёмного времени суток, в автомобилях появился цифровой канал, объединяющий десятки контроллеров, которые управляют двигателем, кондиционером, подушками безопасности, медиацентром и т.д.

Подводя итог, можно констатировать, что методы A/D и D/A преобразований стали основным способом измерения и управления для аналоговых источников. Именно эта важная тема разбирается в данной части.

Разбор различных методов преобразования не ставит целью помощь в разработке самих преобразователей, вместо этого предполагается оценить преимущества и недостатки каждого подхода, потому что в большинстве случаев имеет смысл покупать уже имеющиеся микросхемы, а не создавать что-то своё. Понимание особенностей и недостатков различных вариантов поможет разобраться в тех тысячах моделей преобразователей, которые доступны сегодня.



==879