Всем привет.
В сегодняшнем обзоре речь пойдет об аудио конвертере, преобразующем цифровой сигнал в аналоговый.
С развитием технологий наши привычки и потребности, к сожалению, никуда не деваются. Так и я, сменив старый телевизор на более прогрессивную модель, с грустью обнаружил, что в ней нет 3,5 мм разъема для подключения наушников или другой акустики. А поскольку до этого у меня к телевизору была подключена аудиосистема 2.1, лишенная цифровых разъемов и переставать ей пользоваться в дальнейшем я не планировал, так как ее звучание меня устраивало полностью, то само собой встал вопрос о способах ее подключения. Кроме того, иногда я подключаю к телевизору наушники, чтобы громкие звуки не будили других членов моей семьи.
Изучив возможные варианты, стало понятно, что самым простым и логичным способом решения моей проблемы станет покупка конвертера, способного превратить цифровой звук в аналоговый. Благо, проблем с такими преобразователями нет и каждый желающий может себе подобрать конвертер, оснащенный нужными разъемами.
Перед оформлением заказа, для того, чтобы максимально обезопасить сделку, было решено проверить продавца при помощи местного сервиса . Результаты проверки показали, что продавец надежный и ему можно доверять. Подробные данные, полученные в результате проверки можно посмотреть .
Посылка была отправлена достаточно оперативно и в пути провела примерно месяц. Информацию об отслеживании посылки любой желающий может посмотреть .
Поставляется преобразователь без какой-либо оригинальной упаковки, мой экземпляр пришел в обычном полиэтиленовом пакете. Несмотря на то, что кроме тоненького слоя пупырки содержимое посылки ничто не защищало, за время путешествия ее содержимое не пострадало. Итак, в комплекте поставки, помимо самого конвертера находились: инструкция, сетевой адаптер на 1А, кабель для подключения питания длиной около 1 метра, а так же кабель оптический кабель длиной 1,5 метра.
Такого комплекта достаточно для того, чтобы преобразователем можно было сразу пользоваться. Ничего докупать не придется.
Инструкция напечатана на английском языке, размер - листочек формата А5.
В принципе, ничего особо интересного тут нет. Если только технические характеристики преобразователя.
Сам конвертер представляет собой небольшую коробочку с несколькими разъемами с каждой стороны. На ее верхней части содержится информация о том, что же это такое и с какой стороны находятся разъемы работающие на "вход", а с какой на "выход". Размеры преобразователя довольно компактные - 50*40*26 мм., так что можно его закинуть за телевизор, где он не будет виден и не будет привлекать внимания.
С обратной стороны - всем хорошо известная надпись "Made in China", а так де парочка иконок и утверждение, что это оборудование соответствует требованиям директивы RoHS, ограничивающей содержание вредных веществ.
Сам преобразователь сделан качественно. Внутри ничего не болтается, не гремит. При сжатии корпус не трещит. Щелей, зазоров или чего-то подобного обнаружено не было. Постороннего запаха у пластика так же нет.
Итак, со стороны "входа" расположено 3 разъема: оптоволоконный Toslink, коаксиальный, а так же разъем для подключения питания. Забегая вперед скажу, что комплектный сетевой адаптер я сразу отложил в сторону. Преобразователь отлично работает от USB разъема в 1А, имеющегося в телевизоре. К тому же какая-никакая, а экономия электроэнергии, верь работает конвертер только при включенном телевизоре. 
Со стороны "выхода" так же имеется несколько разъемов: пара RCA "тюльпанов", 3,5 мм miniJACK, а так же индикационный светодиод, который информирует нас о состоянии преобразователя: во время его работы он светится красным.
Больше ничего интересного во внешнем виде конвертера нет, а значит можно переходить к его практическим испытаниям. Для начала воспользуемся комплектным кабелем Toslink и подключим конвертер к сети.
Видно, что красный диод, расположенный на преобразователе, засветился. Точно так же начал светиться красным цветом сам кабель, что свидетельствует о том, что все работает в штатном режиме. Подключив оптоволоконный кабель в преобразователь с другой стороны, а с другой воткнув в него 3,5 мм. разъем аудиосистемы, я сперва ничего не услышал:(Но потом до меня дошло, что необходимо выбрать нужный источник звука в настройках телевизора. После чего все заработало так, как и должно.
Теперь о самом главном - о том, что касается работоспособности. Конвертер работает отлично. Никаких шумов, хрипов, писков и прочих неприятных звуков услышано не было. Причем это в одинаковой мере относится как к звуку в наушниках, так и к аудиосистеме 2.1. Сам же звук громкий и четкий. Ничуть не хуже, чем был у меня до этого на старом телевизоре при подключении через штатный 3,5 мм. разъем. Что еще понравилось, так это то, что реализована возможность одновременного подключения нескольких гаджетов. То есть один может быть подключен через "тюльпаны", а второй через 3,5 мм. разъем. Так что не надо постоянно переключать провода.
Подводя итог всему, что тут было написано, могу сказать, что конвертер мне понравился и я считаю покупку удачной. Все работает именно так, как и должно. Никаких проблем с подключением или настройкой не было. Так что если у вас в телевизоре так же исключительно "цифровые" аудиоразъемы, то можете обратить свой взор на подобный товар - он снова поможет вам услышать звук в наушниках:) Хотя, если честно, то мне не сильно понятно стремление производителей избавиться от "аналоговых" выходов...
На этом, пожалуй, все. Спасибо за внимание и потраченное время.
ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь – нужен для преобразования аудиосигнала из цифрого формата в аналоговый; обычно, для передачи в усилитель или немедленного озвучивания.
Все современные форматы записи аудио используют цифровое представление. И треки на CD или blu-ray дисках, и mp3-файлы, и музыка с iTunes – все они хранятся в цифровом формате. И для того, чтобы воспроизвести эту запись, её надо преобразовать в аналоговый сигнал – эту функцию и выполняет цифро-аналоговый преобразователь. Встроенный ЦАП присутствует в любом устройстве, воспроизводящем музыку. Но часто бывает, что качество проигрывания одних и тех же аудиофайлов (или треков с одного и того же диска) на разных плеерах заметно отличается. Если при этом используются одинаковые усилители и наушники, значит, проблема в ЦАП плеера.
ЦАПы бывают разные: дешевые преобразователи с низким энергопотреблением (часто используемые производителями в мобильных устройствах) имеют низкое быстродействие и малую разрядность, что сильно сказывается на качестве звука.
Если у мобильного устройства есть цифровой выход (S/PDIF или USB), можно подключить к нему внешний ЦАП - это гарантирует высокое качество преобразования цифрового звука в аналоговый.
Кроме того, внешний ЦАП может оказаться очень полезным при прослушивании музыки, записанной в loseless-форматах (форматах записи аудио без потерь качества) с высокой дискретизацией, обеспечивающей максимальное подобие записи и оригинала. Поскольку распространяются такие записи, в основном, через Интернет, часто их прослушивают прямо с компьютера. Но качественная звуковая карта редко встречается на ноутбуках и планшетах, да и встроенные в материнскую плату десктопного компьютера звуковые карты не отличаются высоким качеством. И в этом случае весь смысл прослушивания loseless музыки теряется абсолютно. Ситуацию можно исправить, если на компьютере есть цифровой аудиовыход, например, S/PDIF. Подключив к нему ЦАП с частотой дискретизации и разрядностью не меньшей, чем у прослушиваемой записи, можно получить аналоговый сигнал высокого качества.
Еще один приятный бонус можно получить, приобретя ЦАП с поддержкой Bluetooth. Это позволит слушать отличную музыку на подключенных к преобразователю динамиках, не будучи «привязанным» к нему проводами. Для мобильного компьютера (планшета или ноутбука) это может оказаться очень удобным. Кроме того, с таким преобразователем вы сможете проигрывать музыку с других устройств, поддерживающих Bluetooth и легко переключаться между ними.
АЦП – аналого-цифровой преобразователь – нужен, наоборот, для преобразования аналогового аудиосигнала в цифровой формат. АЦП будет незаменим при оцифровке (переводе в цифровой формат) старых аналоговых записей: на грампластинках, аудио и видеокассетах. Также АЦП потребуется при записи в цифровом виде «живого» звука с микрофона. Плееры с функцией записи и компьютерные звуковые карты имеют встроенный АЦП, но если вам важно качество оцифровки, лучше доверить эту задачу специализированному устройству.
Несмотря на совершенно противоположные задачи, АЦП и ЦАП обладают некоторыми общими характеристиками, оказывающими большое влияние на качество преобразования.
Характеристики преобразователей аудиосигнала.
Для АЦП частота дискретизации определяет, с какой частотой преобразователь будет измерять амплитуду аналогового сигнала и передавать её в цифровом виде. Для ЦАП – наоборот, с какой частотой цифровые данные будут конвертироваться в аналоговый сигнал.
Чем выше частота дискретизации, тем результат преобразования ближе к исходному сигналу. Казалось бы, чем выше этот показатель, тем лучше. Но, согласно теореме Котельникова, для передачи сигнала любой частоты достаточно частоты дискретизации, вдвое большей частоты самого сигнала. С учетом того, что самая высокая частота, различимая на слух – 20 кГц (у большинства людей верхняя граница слышимого звука вообще проходит в районе 15-18 кГц), частоты дискретизации в 40 кГц должно быть достаточно для качественной оцифровки любого звука. Частота дискретизации audio CD: 44.1 кГц, и максимальная частота дискретизации mp-3 файлов: 48 кГц, выбраны как раз исходя из этого критерия. Соответственно, ЦАП, проигрывающий аудиотреки и mp3-файлы, должен иметь частоту дискретизации не менее 48 кГц, иначе звук будет искажаться.
Теоретически, такой частоты дискретизации должно быть достаточно, но практически иногда возникает надобность в большей частоте: реальный аудиосигнал не полностью отвечает требованиям теоремы Котельникова и при определенных условиях сигнал может искажаться. Поэтому у ценителей чистого звука популярны записи с частотой дискретизации 96 кГц.
Частота дискретизации ЦАП выше, чем у исходного файла, на качество звука не влияет, поэтому приобретать ЦАП с частотой дискретизации выше 48 кГц имеет смысл, только если вы собираетесь прослушивать с его помощью blu-ray и DVD-аудио или loseless музыку с частотой дискретизации, большей 48 кГц.
Если вы твердо нацелились на приобретение преобразователя с частотой дискретизации выше 48 кГц, то экономить на покупке не стоит. ЦАП, как и любое другое аудиоустройство, добавляет в сигнал собственный шум. У недорогих моделей шумность может быть довольно высокой, а с учетом высокой частоты дискретизации, на выходе такого преобразователя может появиться опасный для динамиков ультразвуковой шум. Да и в слышимом диапазоне шумность может оказаться настолько высокой, что это затмит весь выигрыш от повышения частоты дискретизации.
Разрядность – вторая характеристика, непосредственно влияющая на качество преобразования.
Разрядность ЦАП должна соответствовать разрядности аудиофайла. Если разрядность ЦАП будет ниже, он, скорее всего, просто не сможет преобразовать этот файл.
Треки audio CD имеют разрядность 16 бит. Это подразумевает 65536 градаций амплитуды – в большинстве случаев этого достаточно. Но теоретически, в идеальных условиях, человеческое ухо способно обеспечить большее разрешение. И если о разнице между записями с дискретизацией 96 кГц и 48 кГц можно спорить, то отличить 16-битный звук от 24-битного при отсутствии фонового шума могут многие люди с хорошим слухом. Поэтому, если ЦАП предполагается использовать для прослушивания DVD и Blu-ray аудио, следует выбирать модель с разрядностью 24.
Чем выше разрядность АЦП, тем с большей точностью измеряется амплитуда звукового сигнала.
При выборе АЦП следует исходить из того, какие задачи с его помощью предполагается решать: для оцифровывания «шумных» аудиозаписей со старых магнитофонных лент высокая разрядность АЦП не нужна. Если же вы планируете получить качественную цифровую запись со студийного микрофона, имеет смысл воспользоваться 24-битным АЦП.
Количество каналов определяет, какой звук сможет преобразовывать устройство. Двухканальный преобразователь сможет обрабатывать стерео и моно звук. Но для преобразования сигнала формата Dolby Digital или Dolby TrueHD понадобится, соответственно, шести- или восьмиканальный преобразователь.
Соотношение сигнал/шум определяет уровень шума, добавляемого в сигнал преобразователем. Чем выше этот показатель, тем более чистым остается сигнал, проходящий через преобразователь. Для прослушивания музыки нежелательно, чтобы этот показатель был ниже 75 дБ. Hi-Fi аппаратура обеспечивает минимум 90 дБ, а высококачественные Hi-End устройства способны обеспечить отношение сигнал/шум в 110-120 дБ и выше.
ЦАП должен иметь цифровой вход – это может быть S/PDIF, USB или Bluetooth. Выход у ЦАП аналоговый - «джек» (jack) или «тюльпаны» (RCA). У АЦП все наоборот – аналоговый вход и цифровой выход. Хорошо, если преобразователь имеет несколько различных входов и выходов – это расширяет возможности по подключению к нему различных устройств. Если же вход на преобразователе один, убедитесь, что аналогичный выход есть на устройстве, к которому предполагается его подключать.
Преобразователи аудиосигнала скорее относятся к студийному и домашнему оборудованию, поэтому питание большинства преобразователей производится от сети 220В. Но существуют и преобразователи, которые питаются от аккумуляторов и могут быть использованы автономно. Это может оказаться удобным при использовании преобразователя с мобильным устройством – ноутбуком, планшетом, смартфоном или плеером.
Некоторые преобразователи получают питание через разъем micro-USB, при этом получать (или передавать) аудиосигнал через этот разъем они не могут. Если вам важно, чтобы ЦАП мог читать аудиофайлы на USB-носителях, перед покупкой убедитесь, что USB на устройстве используется не только для питания.
Варианты выбора.
Если вам нужно устройство, с помощью которого можно будет оцифровать старые магнитофонные записи или записать на компьютер звук с микрофона, вам нужен аналогово-цифровой преобразователь. Цены на них начинаются от 1100 рублей.
Если вы желаете получить устройство для качественного проигрывания аудифайлов со смартфона с возможностью беспроводного соединения, выбирайте среди ЦАП с поддержкой Bluetooth. Такое устройство обойдется вам в 1400-1800 рублей.
Если же вы желаете услышать все богатство звука, записанного в loseless-формате с высокой частотой дискретизации и битностью 24, вам понадобится соответствующий ЦАП. Стоить он будет от 1700 рублей.
Современные цифровые устройства для познания нашего аналогового мира используют аналого-цифровые преобразователи. О том, как это работает, я расскажу в этой статье.
Если непрерывный сигнал необходимо представить в цифровой форме, то аналоговую входную величину нужно преобразовать в соответствующее число. Эту задачу выполняет аналого-цифровой преобразователь (АЦП или ADC).
Теория
Давайте рассмотрим задачу, стоящую в преобразование сигнала. Для наглядности будем сравнивать наш некоторый аналоговый сигнал, пусть он выглядит вот так:и синусоидальный, который выглядит вот так:
Математическая функция, которая описывает синусоидальный сигнал:
Амплитуда - максимальное значение, которое принимает сигнал.
Угловая частота - скорость изменения фазы сигнала.
f - обычная частота сигнала, связанная с угловой следующим образом: .
S(t) – это некоторая математическая функция, которая описывает наш сигнал. Для неё нельзя подобрать простую популярную функцию, как для синусоидального сигнала. Поэтому оставим просто S(t). Однако в математике доказано, что почти любую функцию можно представить в виде суммы синусоидальных (sin и cos) сигналов, но с разными амплитудами и угловыми частотами. И чем сложнее функция, тем больше синусоидальных сигналов надо. В итоге получим:
Синусы и косинусы в этой сумме называют гармониками сигнала S(t) и они представляют собой спектр
сигнала S(t), а саму сумму называют рядом Фурье
. Это фундамент спектрального анализа, который широко применяется в современной технике. Спектр сигнала (набор sin и cos) удобно изображать в виде графика, например для синусоидального:
(зеркальная часть появляется только лишь из-за математических преобразований, физического смысла в этом нет никакого)
И для нашего сигнала:
Процедура аналого-цифрового преобразования непрерывных сигналов, которую реализуют с помощью АЦП, представляет собой преобразование непрерывной функции времени S(t), описывающей наш сигнал, в последовательность чисел S1,S2,S3,S4…, отнесённых к некоторым фиксированным моментам времени. Эту процедуру можно разделить на две самостоятельные операции. Первая из них называется дискретизацией
и состоит в преобразовании непрерывной функции времени S(t) в непрерывную последовательность S1,S2,S3,S4…. Вторая называется квантованием
и состоит в преобразовании непрерывной последовательности в дискретную S1*, S2*, S3*, S4*…
В основе дискретизации непрерывных сигналов лежит теорема отсчётов
(Теорема Уиттакера - Найквиста - Котельникова - Шеннона):
Если существует сигнал S(t), спектр которого не содержит частоты выше fmax, то он может быть полностью восстановлен, если известны отсчётные значения S(t), взятые через равные промежутки времени:
Согласно этой теореме для представления аналогового сигнала в цифровом виде нам нужны отсчёты. Но тут проблема: реальные сигналы имеют бесконечный спектр и у реальных сигналов нет . В данном случае нужно обрезать спектр сигнала при помощи фильтра, таким образом мы искусственно создаём . Обычно берётся в таком месте спектра, где уровень амплитуд гармоник не превышает 10% от максимального значения. называют верхней частотой
спектра. Также уместно говорить о – верхней угловой частоте спектра.
Применение дискретизации для нашего сигнала приводит к возникновению в системах обработки информации специфических высокочастотных искажений, обусловленных выборкой. Для уменьшения этих искажений необходимо либо увеличивать частоту дискретизации, либо брать больше. Однако, при этом увеличивается и информационная ёмкость сигнала. Часто это бывает лишним, и в любой практической задаче следует искать «золотую середину».
В конечном счёте нашему аналоговому сигналу будет соответствовать набор отсчётов, из которых сигнал может быть восстановлен вот так:
При квантовании сигнала также происходит потеря информации из-за конечного набора уровней сигнала, которые также влияют на информационную ёмкость оцифрованного сигнала.
Резюме:
- Сигналы можно изучать как во временной области, так и в частотной (спектр).
- Чтобы из аналогового сигнала получить цифровой, нужно сначала его дискретизировать, а потом квантовать.
- Для дискретизации сигнала нужно ограничить его спектр.
- Следует оптимально выбирать частоту дискретизации и количество уровней квантования.
- При дискретизации мы постоянно округляем аналоговое значение до ближайшего цифрового и в итоге имеем ошибки - шум дискретизации .
Технические характеристики АЦП:
Статические
Разрешающая способность - величина, обратная максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Разрешающая способность выражается в процентах, разрядах или децибелах и характеризует потенциальные возможности АЦП с точки зрения достижимой точности. Например, 12-разрядный АЦП имеет разрешающую способность 1/4096, или 0,0245% от полной шкалы.
Погрешность смещения нуля - значение входного сигнала, при котором выходной код АЦП равен нулю.
Погрешность полной шкалы - относительная разность между реальным и идеальным значениями предела шкалы преобразования при отсутствии смещения нуля.
Нелинейность - максимальное отклонение реальной характеристики преобразования D(U(t)) от оптимальной
Динамические
Максимальная частота дискретизации - это наибольшая частота, с которой происходит образование выборочных значений сигнала, при которой выбранный параметр АЦП не выходит за заданные пределы. Измеряется числом выборок в секунду.Время преобразования - это время, отсчитываемое от начала импульса дискретизации или начала преобразования до появления на выходе устойчивого кода, соответствующего данной выборке.
Практика
Классическая схема параллельного аналого-цифрового преобразования в упрощённом виде выглядит так:
Резисторами делится опорное напряжение в равных пропорциях. Отсчёты аналогового сигнала и части опорного напряжения подаются на компараторы, где происходит их сравнение. В случае совпадения на выходе компаратора имеем логическую единицу. Таким образом, получается код, который шифратор преобразует в необходимый формат.
- Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы.
- Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы.
- Kester Walt. The Data Conversion Handbook.
P.S. В статье подразумевается равенство понятий функция и сигнал.
P.P.S. Уровень статьи рассчитан на широкую аудиторию.
Теги: сигнал, спектр, шум квантования, квантование, дискретизация, компаратор, АЦП, аналог, цифра, шифратор, оцифровка, шаг квантования, ADC
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) - это устройства, предназначенные для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Для такого преобразования необходимо осуществить квантование аналогового сигнала, т. е. мгновенные значения аналогового сигнала ограничить определенными уровнями, называемыми уровнями квантования.
Характеристика идеального квантования имеет вид, приведенный на рис. 3.92.
Квантование представляет собой округление аналоговой величины до ближайшего уровня квантования, т. е. максимальная погрешность квантования равна ±0,5h (h - шаг квантования).
К основным характеристикам АЦП относят число разрядов, время преобразования, нелинейность и др. Число разрядов - количество разрядов кода, связанного с аналоговой величиной, которое может вырабатывать АЦП. Часто говорят о разрешающей способности АЦП, которую определяют величиной, обратной максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Так, 10-разрядный АЦП имеет разрешающую способность (2 10 = 1024) −1 , т. е. при шкале АЦП, соответствующей 10В, абсолютное значение шага квантования не превышает 10мВ. Время преобразования t пp - интервал времени от момента заданного изменения сигнала на входе АЦП до появления на его выходе соответствующего устойчивого кода.
Характерными методами преобразования являются следующие: параллельного преобразования аналоговой величины и последовательного преобразования.
АЦП с параллельным преобразованием входного аналогового сигнала
По параллельному методу входное напряжение одновременно сравниваются с n опорными напряжениями и определяют, между какими двумя опорными напряжениями оно лежит. При этом результат получают быстро, но схема оказывается достаточно сложной.
Принцип действия АЦП (рис. 3.93)
При U вх = 0, поскольку для всех ОУ разность напряжений (U + − U −) < 0 (U + , U − - напряжения относительно общей точки соответственно неинвертирующего и инвертирующего входа), напряжения на выходе всех ОУ равны −Е пит а на выходах кодирующего преобразователя (КП) Z 0 , Z 1 , Z 2 устанавливаются нули. Если U вх > 0,5U, но меньше 3/2U, лишь для нижнего ОУ (U + − U −) > 0 и лишь на его выходе появляется напряжение +Е пит, что приводит к появлению на выходах КП следующих сигналов: Z 0 = 1, Z 2 = Z l = 0. Если U вх > 3/2U, но меньше 5/2U, то на выходе двух нижних ОУ появляется напряжение +Е пит, что приводит к появлению на выходах КП кода 010 и т. д.
Посмотрите интересное видео о работе АЦП:
АЦП с последовательным преобразованием входного сигнала
Это АЦП последовательного счета, который называют АЦП со следящей связью (рис. 3.94). 
В АЦП рассматриваемого типа используется ЦАП и реверсивный счетчик, сигнал с которого обеспечивает изменение напряжения на выходе ЦАП. Настройка схемы такова, что обеспечивается примерное равенство напряжений на входе U вх и на выходе ЦАП −U. Если входное напряжение U вх больше напряжения U на выходе ЦАП, то счетчик переводится в режим прямого счета и код на его выходе увеличивается, обеспечивая увеличение напряжения на выходе ЦАП. В момент равенства U вх и U счет прекращается и с выхода реверсивного счетчика снимается код, соответствующий входному напряжению.
Метод последовательного преобразования реализуется и в АЦП время - импульсного преобразования (АЦП с генератором линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН)).
Принцип действия рассматриваемого АЦП рис. 3.95) основан на подсчете числа импульсов в отрезке времени, в течение которого линейно изменяющееся напряжение (ЛИН), увеличиваясь от нулевого значения, достигает уровня входного напряжения U вх. Использованы следующие обозначения: СС - схема сравнения, ГИ - генератор импульсов, Кл - электронный ключ, Сч - счетчик импульсов. 
Отмеченный во временной диаграмме момент времени t 1 соответствует началу измерения входного напряжения, а момент времени t 2 соответствует равенству входного напряжения и напряжения ГЛИН. Погрешность измерения определяется шагом квантования времени. Ключ Кл подключает к счетчику генератор импульсов от момента начала измерения до момента равенства U вх и U глин. Через U Сч обозначено напряжение на входе счетчика.
Код на выходе счетчика пропорционален входному напряжению. Одним из недостатков этой схемы является невысокое быстродействие.
АЦП с двойным интегрированием
Такой АЦП реализует метод последовательного преобразования входного сигнала (рис. 3.96). Использованы следующие обозначения: СУ - система управления, ГИ - генератор импульсов, Сч - счетчик импульсов. Принцип действия АЦП состоит в определении отношения двух отрезков времени, в течение одного из которых выполняется интегрирование входного напряжения U вх интегратором на основе ОУ (напряжение U и на выходе интегратора изменяется от нуля до максимальной по модулю величины), а в течение следующего - интегрирование опорного напряжения U оп (U и меняется от максимальной по модулю величины до нуля) (рис. 3.97). 
Пусть время t 1 интегрирования входного сигнала постоянно, тогда чем больше второй отрезок времени t 2 (отрезок времени, в течение которого интегрируется опорное напряжение), тем больше входное напряжение. Ключ К З предназначен для установки интегратора в исходное нулевое состояние. В первый из указанных отрезков времени ключ К 1 замкнут, ключ К 2 разомкнут, а во второй, отрезок времени их состояние является обратным по отношению к указанному. Одновременно с замыканием ключа К 2 импульсы с генератора импульсов ГИ начинают поступать через схему управления СУ на счетчик Сч.
Поступление этих импульсов заканчивается тогда, когда напряжение на выходе интегратора оказывается равным нулю.
Напряжение на выходе интегратора по истечении отрезка времени t 1 определяется выражением
U и (t 1) = − (1/RC) · t1 ∫ 0 U вх dt= − (U вх · t 1) / (R·C)
Используя аналогичное выражение для отрезка времени t 2 , получим
t 2 = − (R·C/U оп) ·U и (t 1)
Подставив сюда выражение для U и (t 1), получим t 2 =(U вх / U оп)·t 1 откуда U вх = U oa · t 2 /t 1
Код на выходе счетчика определяет величину входного напряжения.
Одним из основных преимуществ АЦП рассматриваемого типа является высокая помехозащищенность. Случайные выбросы входного напряжения, имеющие место в течение короткого времени, практически не оказывают влияния на погрешность преобразования. Недостаток АЦП - малое быстродействие.
Наиболее распространенными являются АЦП серий микросхем 572, 1107, 1138 и др. (табл. 3.3) 
Из таблицы видно, что наилучшим быстродействием обладает АЦП параллельного преобразования, а наихудшим - АЦП последовательного преобразования.
Предлагаем посмотреть ещё одно достойное видео о работе и устройстве АЦП:
Точность, скорость и стабильность работы - обязательные условия для техники, обрабатывающей цифровые и аналоговые сигналы. Телевидение предлагает пользователям высокое качество изображения и звука за счет обеспечения стабильной передачи сигнала по современным телекоммуникациям.
Чем отличается аналоговый сигнал от цифрового
Различие аналогового и цифрового сигнала состоит в кодировке, которая используется для его передачи. Оцифровку сигнала производит аналого-цифровой преобразователь, после чего до принимающего устройства доходит качественное изображение и звук.
В отличие от цифрового, аналоговый сигнал может быть частично искажен, в то время как цифровой либо отсутствует полностью, либо предоставляет отличное качество. Аналоговые сигналы воспринимаются только теми устройствами, которые работают по тому же принципу, что и передатчик, цифровой сигнал может передаваться на множество различных цифровых устройств. Кроме этого, цифровая кодировка защищена от несанкционированного доступа: для расшифровки двоичного кода необходимо иметь адрес устройства - приемника.
Цифровая обработка сигналов
Процесс оцифровки сигналов представляет собой преобразование непрерывного аналогового сигнала в дискретный цифровой. Для фильтрации помех в ходе этого процесса используются цифровые сигнальные процессоры - вычислительные устройства, работающие в реальном времени и обрабатывающие сигналы, поступающие с постоянной скоростью. Цифровой обработке поддаются не только непрерывно поступающие сигналы, но и данные, записанные на носителях. В этом случае показатель скорости процессора не так важен: данные все равно сохранены для обработки.
Существует временная и частотная обработка сигналов, первый тип требует применения осциллографов. Обработка сигналов и изображений с помощью вейвлетов позволяет улучшать нестационарные, прерывистые и особенные виды сигналов.
Как усилить сигнал цифрового ТВ
Качество изображения на цифровом телевизоре зависит от многих факторов: условий эксплуатации, выбора правильного метода установки, конструктивных особенностей прибора, физической удаленности ретранслятора. В итоге, качество изображения не всегда стабильно, имеют место помехи, с которыми можно бороться с помощью автономных усилительных устройств.
Подобные приборы способны:
- принимать самый слабый телевизионный сигнал;
- снижать коэффициент помех до минимального значения;
- улучшать качество сигнала в нескольких диапазонах.
Усилители применяются как доступный по цене аналог замены антенны, но при этом приборы могут перегружаться от мощных сигналов, восприимчивы к грозовым разрядам.
Цифровая фильтрация сигналов
Цифровые фильтры восстанавливают искаженные сигналы и подавляют частоты, не относящиеся к диапазону вещания. Принципиальное устройство фильтра представляет собой линейную систему, которая реагирует на скачки сигнала и воспринимает определенную частоту сигналов.
В зависимости от функций, фильтры разделяются на несколько типов:
- фильтры для нижних частот задерживают составляющие сигнала, находящиеся выше указанного значения;
- фильтры верхних частот пропускают сигналы, находящиеся выше указанной частоты. Это значение еще называют частотой останова;
- полосовые фильтры пропускают сигналы, которые находятся в определенном интервале частот.
Качественный фильтр определяется:
- временем нарастания сигнала;
- отсутствием перерегулирования;
- шириной полосы останова;
- равномерностью полосы пропускания.
Если все указанные показатели высоки, после обработки фильтром сигнал получается четким, передается со стабильной скоростью.
Декодирование цифрового сигнала
Процедура декодирования сигнала направлена на улучшение качества воспроизводимого изображения или звука, которые исходят из центрального устройства не периферийные проекторы и презентационные системы.
Визуально работу декодера характеризует высокая точность воспроизведения изображения. Декодеры поставляются с возможностью приема кодированных сигналов в сжатом виде и дальнейшей передачи этих сигналов на дешифратор.
Оборудование применяется при создании копий аудиовизуальных материалов и при передаче сигналов на устройства, расположенные на значительном удалении. Например, цифровой декодер используется, как прибор для подключения услуги спутникового цифрового телевидения.
Как преобразовать аналоговый сигнал в цифровой для ТВ
Владельцы старых моделей телевизоров не всегда имеют возможность обновить технику до современной цифровой. В таком случае к антенне, принимающей сигналы, необходимо подключить аналого-цифровой преобразователь. Подобное устройство способно принимать цифровой сигнал, переводить его в аналоговый, и в таком виде транслировать на телевизоре. В итоге владельцы преобразователя пользуются стабильным вещанием и высоким качеством цифрового телевидения, не меняя при этом свою технику на более дорогостоящую и современную.
Большинство подобных приборов автоматически ищет цифровые каналы для подачи на телевизор владельца.
Устройство, производящее преобразование аналоговых сигналов в цифровые
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) создает дискретный код из стандартного аналогового сигнала, в его задачу входит трансформация определенной величины напряжения в двоичный код, доступный цифровой технике. Показатель эффективности работы сигнала - его разрядность, которая показывает количество дискретных значений, доступных к выдаче за один цикл работы. В зависимости от кодировки отдельного прибора, это значение выдается в битах или тритах.
В зависимости от типа преобразования, выделяются АЦП прямого, последовательного и параллельного вида. Распространены конвейерные модификации, сочетающие в себе несколько ступеней. Показатель производительности устройства - частота дескретизации, то есть частота, с которой производятся цифровые значения на основе поступающего аналогового сигнала.
Устройство преобразующее цифровой сигнал в аналоговый
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) - устройство для перевода двоичного кода в непрерывный ток. На входе прибор получает импульсно-кодовую модуляцию, которая расшифровывается с помощью соответствующих кодеков. Производительность оборудования определяется разрядностью, частотой дискретизации, монотонность и динамическим диапазоном, в котором может работать преобразователь.
Современные преобразователи относятся к классу микроконтроллеров, простейший из них - широтно-импульсный модулятор. Эта разновидность прибора позволяет управлять скоростью электрических машин, применяется в высококлассной аудиотехнике. ЦАП располагаются в начале аналоговой системы, поэтому их производительность определяет быстродействие всей цепочки, ее устойчивость к внешним воздействиям.
Преобразователи цифрового сигнала в аналоговый для телевизора
Конвертеры видеосигнала - оборудование для преобразования дискретного кода в непрерывный поток напряжения. Как правило, подобное оборудование используется для телевизоров или проекторов. В основе конструкции - небольшая плата, на которой установлена программа конвертирования цифрового кода в композитный сигнал. Конструктивно элемент представляет собой флэш-память с простым последовательным интерфейсом. Нередко подобные устройства снабжаются технологией улучшения видео, что позволяет владельцам получать стабильный сигнал высокого качества.
Производители и поставщики устройств декодирования
Устройства декодирования часто всходят в состав другого оборудования для передачи и приема разных по назначению и технических характеристикам сигналов. Поэтому производители и поставщики предлагают весь спектр необходимой аппаратуры.
В перечень поставщика приборов для организации видеонаблюдения широкого профиля «Merlion» входят современные декодеры, преобразующие различные типы аналоговых и цифровых сигналов.
«MS Max» - компания, специализирующаяся на продажах оборудования для кинопроизводства, оснащения студий и радиостанций. Клиентам предлагается широкий выбор специализированной техники, в том числе цифро-аналоговых декодеров для телевизоров старых моделей.
«Телеком СБ» - поставщик специализированной техники для обеспечения безопасности и установки охранных систем на объектах различного назначения. В ассортимент входят готовые решения для видеонаблюдения и отдельные единицы аппаратуры.
Причины пропадания цифрового сигнала
Чаще всего качество вещания цифрового телевизора страдает из-за неправильного расположения коаксиального кабеля. По этой причине сигнал гасится, доходя до телевизора в слабом, урезанном виде.
Изображение может ухудшаться, если телевизор расположен вблизи вышки или мощной комнатной антенны. В таком случае ТВ-тюнер в автоматическом режиме гасит слишком интенсивный сигнал, рождая помехи.
Нет сигнала цифрового телевидения, что делать
Распространенной причиной отсутствия сигнала цифрового телевидения является некорректно подключенное оборудование. Нередки случаи поломок антенны, неплотной стыковки отдельных элементов. Возможной причиной отсутствия сигнала является удаленность от центральной антенны.
Решение проблемы:
- проверка оборудования на предмет функционирования;
- установка усилителей сигнала;
- вызов мастера с целью повторного монтажа кабеля.
Больше о цифровых сигналах на выставке
На выставке «Связь» представлено большое кол-во профессионального оборудования для работы с цифровыми сигналами. На экспозиции можно ознакомиться с последними достижениями техники в области преобразования сигналов и качественной передачи изображения и звука.
В ходе работы выставки можно узнать об особенностях цифрового стандарта вещания, который необходим для непрерывной передачи сигнала и обеспечения высокого качества изображения и звука.