Para comprender el motivo de un convertidor dual D/A de 1 bit, es útil saber un poco sobre el proceso de conversión de digital a analógico. En un CD (y cualquier otra tecnología de grabación digital), el objetivo es crear una grabación con una fidelidad muy alta. (muy alta similitud entre la señal original y la señal reproducida) y perfecta reproducción (la grabación suena igual cada vez que la reproduce, sin importar cuántas veces la reproduzca). Para lograr estos dos objetivos, la grabación digital convierte la onda analógica en un flujo de números y graba los números en lugar de la onda. La conversión se realiza mediante un dispositivo llamado convertidor de analógico a digital (ADC). Luego, para reproducir la música, el flujo de números se vuelve a convertir en una onda analógica mediante un conversor de digital a analógico. (DAC). La onda analógica producida por el DAC se amplifica y alimenta a los altavoces para producir el sonido.
Cuando muestrea la onda con un convertidor de analógico a digital, tiene control sobre 2 variables:
En la siguiente figura, supongamos que la frecuencia de muestreo es de 1000 por segundo y la precisión de muestreo es de 10:
Los rectángulos verdes representan muestras. Cada 1/1000 de segundo, el ADC mira la onda y elige el número más cercano entre cero y 9. El número elegido se muestra en la parte inferior de la figura anterior. Estos números son una representación digital de la onda original. Cuando el DAC recrea la onda a partir de estos números, obtiene la línea azul que se muestra en la siguiente figura:
Puede ver que la línea azul perdió bastante del detalle que se encontraba originalmente en la línea roja, lo que significa que la fidelidad de la onda reproducida no es muy buena. Este es el error de muestreo . Reduce el error de muestreo aumentando tanto la frecuencia de muestreo como la precisión. En la siguiente figura, tanto la velocidad como la precisión se han mejorado en un factor de 2 (20 gradaciones a una velocidad de 2000 muestras por segundo):
En la siguiente figura, la velocidad y la precisión se han vuelto a duplicar (40 gradaciones a 4000 muestras por segundo):
Puede ver que a medida que mejoran la velocidad y la precisión, mejora la fidelidad (similitud entre la onda original y la salida del DAC). En el caso del sonido de CD, la fidelidad es un objetivo importante, por lo que la frecuencia de muestreo es de 44.100 muestras por segundo (44,1 KHz) y el número de gradaciones es de 65.536. En este nivel, la salida del DAC coincide tanto con la forma de onda original que el sonido es esencialmente "perfecto" para la mayoría de los oídos humanos.
El DAC generalmente usa una resistencia diferente para cada bit. Un DAC de 4 bits necesita 4 resistencias que funcionen en paralelo para proporcionar una señal analógica estable. Cuando llega al nivel de 16 bits o incluso de 32 bits que se encuentra en los CD y DVD, la cantidad de gradaciones requeridas por resistencia hace que sea muy difícil hacer coincidir los valores con precisión. Por ejemplo, un DAC típico de 16 bits tendría 16 resistencias que requieren un total de 65 536 gradaciones.
Qué convertidor D/A dual de 1 bit lo que hace es permitir que ocurra la conversión de digital a analógico sin la necesidad de todas esas resistencias adicionales. Esencialmente, este tipo de DAC no utiliza un banco de resistencias que funcionan en paralelo. En cambio, crea una señal cuidadosamente modulada a partir de lo digital. El convertidor se basa en conformación de ruido , un fenómeno que se aprovecha de la incapacidad del oído humano para percibir el ruido cuando se produce en frecuencias más altas. Básicamente, el oído humano es más sensible al ruido a 5 KHz y es casi incapaz de detectarlo a 20 KHz.
Una parte clave del convertidor es un circuito llamado modulador delta-sigma , que toma la señal binaria (1 y 0) del CD y la convierte en un pulso constante, llamado tren de pulsos . El tren de pulsos contiene un promedio del cambio en la cantidad de energía representada en la muestra. Un filtro de paso bajo elimina toda la información del dominio del tiempo y recupera solo la energía promedio del tren de pulsos que lo alimenta. La clave aquí es comprender que la forma de onda del tren de pulsos se registra a una frecuencia muy alta en comparación con la frecuencia de muestreo de 44,1 KHz. El tren de pulsos se envía a través del DAC y se transforma en una señal analógica.
El circuito delta-sigma tiene dos secciones principales:
La señal de error es utilizada por el filtro de paso bajo para promediar la señal analógica. Básicamente, esto significa que se realizan ajustes minuciosos en la señal analógica para compensar las diferencias entre la señal binaria y el tren de pulsos. Esta página proporciona detalles increíbles y diagramas de todo el circuito, así como una explicación detallada del proceso.
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