Welche Hardware wird im digitalen Audio-Sampling- und Quantisierungsprozess hauptsächlich verwendet?

Die Haupthardware ist ein Analogsignal-Digital-Signalwandler (A/D-Wandler). A/D-Wandler, auch Analog-Digital-Wandler genannt, bezeichnet eine elektronische Komponente, die analoge Signale in digitale Signale umwandelt. Die Funktion der A/D-Umwandlung besteht darin, analoge Größen, die zeitlich kontinuierlich und amplitudenkontinuierlich sind, in digitale Signale umzuwandeln, die zeitdiskret und amplitudendiskret sind. Daher durchläuft die A/D-Umwandlung im Allgemeinen vier Prozesse: Abtasten, Halten, Halten. Quantisierung und Kodierung.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 7-System, Dell G3-Computer.

Der wichtigste Hardware-Analog-Digital-Wandler, der im digitalen Audio-Sampling- und Quantisierungsprozess verwendet wird, d. h. der Analogsignal-Digital-Signalwandler (A/D-Wandler).

Die Schaltung, die analoge Signale in digitale Signale umwandelt, wird als Analog-Digital-Wandler oder Analog-Digital-Wandler bezeichnet, der als A/D-Wandler (oder ADC) bezeichnet wird Bei der Konvertierung geht es um die Konvertierung von Zeitkontinuität und Amplitude. Kontinuierliche analoge Größen werden in digitale Signale mit diskreter Zeit und diskreter Amplitude umgewandelt. Daher durchläuft die A/D-Konvertierung im Allgemeinen vier Prozesse: Abtasten, Halten, Quantisieren und Kodieren. In tatsächlichen Schaltkreisen werden einige dieser Prozesse kombiniert. Beispielsweise werden Abtasten und Halten, Quantisierung und Kodierung häufig gleichzeitig während des Konvertierungsprozesses implementiert.

Grundprinzip

Das Grundprinzip dieses Konverters besteht darin, das analoge Eingangssignal in bestimmten Zeitintervallen abzutasten und es mit einer Reihe von Standard-Digitalsignalen zu vergleichen. Das digitale Signal konvergiert allmählich, bis die beiden Signale gleich sind. Anschließend wird die Binärzahl angezeigt, die dieses Signal darstellt. Es gibt viele Arten von Analog-Digital-Wandlern, z. B. direkte, indirekte, Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisions-, Ultrahochgeschwindigkeits-Wandler usw. Jedes hat viele Formen. Die entgegengesetzte Funktion des Analog-Digital-Wandlers wird als „Digital-Analog-Wandler“ bezeichnet, auch bekannt als „Decoder“. Es handelt sich um ein Gerät, das digitale Größen in sich kontinuierlich ändernde analoge Größen umwandelt Formen.

Schritte der Analog-Digital-Konvertierung

Die Analog-Digital-Konvertierung durchläuft im Allgemeinen die Schritte Sampling, Quantisierung und Kodierung.

Abtastung bezieht sich auf das Ersetzen des ursprünglichen zeitkontinuierlichen Signals durch eine Folge von Signalabtastungen in bestimmten Abständen, also auf die zeitliche Diskretisierung des analogen Signals.

Quantisierung besteht darin, eine begrenzte Anzahl von Amplitudenwerten zu verwenden, um den ursprünglichen sich kontinuierlich ändernden Amplitudenwert anzunähern, und die kontinuierliche Amplitude des analogen Signals in bestimmten Intervallen in eine begrenzte Anzahl diskreter Werte umzuwandeln.

Die Kodierung folgt bestimmten Regeln, um den quantisierten Wert als Binärzahl darzustellen und ihn dann in einen binären oder mehrwertigen digitalen Signalstrom umzuwandeln. Das auf diese Weise erhaltene digitale Signal kann über digitale Leitungen wie Kabel, Mikrowellen-Hauptleitungen und Satellitenkanäle übertragen werden. Es gibt viele Arten von Analog-Digital-Wandlern unterteilt in indirekten ADC und direkten ADC.

Indirekter ADC wandelt zunächst die analoge Eingangsspannung in Zeit oder Frequenz um und wandelt diese Zwischengrößen dann in digitale Größen um. Üblicherweise werden doppelt integrierende ADCs verwendet, deren Zwischengrößen Zeit sind. Parallelvergleichs-ADC: Da der Parallelvergleichs-ADC einen gleichzeitigen Parallelvergleich verschiedener Größenordnungen verwendet, wird jeder Ausgabecode gleichzeitig parallel generiert, sodass die schnelle Konvertierungsgeschwindigkeit gleichzeitig sein herausragender Vorteil ist hat nichts mit der Anzahl der ausgegebenen Codebits zu tun. Die Nachteile des Parallelvergleichs-ADC sind hohe Kosten und hoher Stromverbrauch. Daher eignet sich dieser ADC für Anwendungen, die eine hohe Geschwindigkeit und eine niedrige Auflösung erfordern.

Sukzessiver Approximations-ADC: Der sukzessive Approximations-ADC ist ein weiterer direkter ADC. Er erzeugt ebenfalls eine Reihe von Vergleichsspannungen VR, erzeugt jedoch im Gegensatz zum parallelen Vergleichs-ADC eine nach der anderen und vergleicht sie einzeln mit der Eingangsspannung -zu-Digital-Umwandlung erfolgt in einer schrittweisen Annäherungsweise. Der sukzessive Approximations-ADC muss für jede Konvertierung Bit für Bit vergleichen und benötigt (n+1) Schwebungsimpulse, sodass seine Konvertierungsgeschwindigkeit langsamer ist als die des Parallelvergleichs-ADC und viel schneller als die des Doppelintegral-ADC Schnelles ADC-Gerät. Darüber hinaus erfordert er bei vielen Ziffern viel weniger Komponenten als der Parallelvergleichstyp und ist daher der am weitesten verbreitete integrierte ADC.

Doppelintegrierender ADC: Es handelt sich um einen indirekten ADC. Er integriert zunächst die Eingangsabtastspannung und die Referenzspannung zweimal, um ein Zeitintervall proportional zum Durchschnittswert der Abtastspannung zu erhalten Der Zähler wird verwendet, um die standardmäßigen Taktimpulse (CP) zu vergleichen, und das vom Zähler ausgegebene Zählergebnis ist die entsprechende digitale Größe. Die Vorteile des Dual-Integration-ADC sind eine starke Entstörungsfähigkeit, eine gute Stabilität und die Möglichkeit einer hochpräzisen Analog-Digital-Umwandlung. Der Hauptnachteil ist die niedrige Wandlungsgeschwindigkeit, weshalb dieser Wandlertyp hauptsächlich in Instrumenten verwendet wird, die eine hohe Genauigkeit, aber eine niedrige Wandlungsgeschwindigkeit erfordern, wie beispielsweise mehrstellige hochpräzise digitale Gleichspannungsvoltmeter.

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