8-битный стереозвук ЦАП R-2R, это правильный способ сделать это?

Я новичок в электротехнике, и первый проект, который я хотел бы сделать, - это сделать цифро-аналоговый аудиопреобразователь. Я обнаружил, что хороший способ сделать это - использовать структуру R-2R для преобразования.

Я хотел бы бросить вызов себе и начать с нуля с цифровой части схемы, кроме того факта, что я не могу действительно найти какие-либо решения в сети, чтобы помочь построить его. У меня есть программа симуляции цепи, и я начал проектировать, когда искал в Интернете все виды электроники, которые вы могли бы использовать для нее.

Теперь я думаю, что могу быть где-то рядом с понятием принципа ЦАП, но было бы полезно, если бы кто-то опытный мог помочь мне проверить, действительно ли я его получу. Это правильное место, чтобы попросить об этом?

Если так, вот схема, которую я разработал:

Я использовал сдвиговый регистр с выходной защелкой для каждого канала и связывал Q7S от одного к другому для подачи данных. Правильно ли, что аудиофайлы чередуются по левому и правому каналам или наоборот в блоках? например, в 8-битном файле: 0010 0111 для левого, 0010 0110 для правого?

Сдвиговые регистры, которые я здесь использовал, - 74HC595. Когда сдвигающиеся биты, ни один из выводов не будет (на мгновение) активным. При срабатывании защелки [вывод STCP] биты передаются из регистра сдвига в регистр хранения, где они напрямую выводят свое значение на соответствующие выводы и остаются активными до тех пор, пока не будут допущены следующие 16 бит.

Затем есть кристалл, для которого я использовал прямоугольный сигнал для имитации сигнала с правильной частотой колебаний: 24 576 МГц. Он подает счетчик, в котором частота делится, для вывода частот, которые нужны моему ЦАП. В этом случае частота выборки должна составлять 192 000 кГц, и поэтому частота, на которой сдвигаются данные, должна составлять 3,02 МГц (192 000 x 16 бит). Тактовая частота 192.000 кГц используется для запуска STCP.

Следующее, что я хочу сделать, - это выяснить, как загрузить данные из источника (например, Raspberry) через I2C в буфер в ЦАП и оттуда синхронизировать биты в схеме, которую вы видите здесь.

Если вы думаете, что я или я не на правильном пути, было бы очень полезно, дайте мне знать.

Спасибо! Рогир

Кстати, я забыл упомянуть, что ЦАП, который я хотел бы построить, по крайней мере 24-битный на канал на 96 кГц. Это просто занимает много места для этой угрозы и не должно быть сложным добавить их потом. Это тот же принцип.

• Да, это именно то место, где можно задать свой вопрос.
• Да, топография R-2R - это самый простой (и я думаю, лучший) способ сделать ЦАП, созданный в домашних условиях (без использования ШИМ).
• Что касается того, чтобы бросить вызов себе, для меня это звучит так, будто вы можете быть таким же мазохистом, как и я (спасибо за то, что у меня хватило смелости!). Это действительно сложный проект для начинающих.
• Ваши резисторы R-2R (и, возможно, подключенные операционные усилители) на самом деле являются вашими 8-битными ЦАПами

Вот что я думаю:

К сожалению, страница википедии о ЦАП R-2R неверна, когда в ней говорится, что в этом приложении релейная схема R-2R работает как делитель тока. В то время как R-2R лестница может быть использована в качестве текущего делителя, он фактически функционирует в качестве делителя напряжения здесь. Вот подробный анализ.

Рассмотрим только младший бит лестницы:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Независимо от положения переключателя сопротивление Thevenin этого простого делителя напряжения равно R. Значение источника напряжения Thevenin составляет либо 0 В, либо 1/2 × Vref.

Теперь рассмотрим, что произойдет, когда вы добавите следующую ступень лестницы R-2R:

^{смоделировать эту схему}

Вы можете видеть, что это тот же тип делителя напряжения, который был у нас в первом случае, за исключением того, что количество комбинаций напряжения увеличилось. Тем не менее, сопротивление Тевенина в этой цепи все еще равно R, а источник напряжения Тевенина теперь составляет 0/4, 1/4, 2/4 или 3/4 × Vref.

По индукции вы можете видеть, что вы можете добавить любое количество ступеней к лестнице, и единственный эффект состоит в том, что число вариантов для значения источника напряжения Thevenin умножается на 2 для каждой ступени. Сопротивление источника остается одинаковым для любого количества ступеней.

Если импеданс нагрузки бесконечен, выходное напряжение лестницы будет точно соответствовать напряжению Thevenin. Но если нагрузка имеет какое-то конечное значение сопротивления, единственным эффектом будет создание делителя напряжения с сопротивлением источника Thevenin, масштабирование выходного напряжения на некоторое фиксированное отношение, но не имеющего другого влияния на базовую точность или линейность ЦАП.

Обратите внимание, что в исходной схеме Роджера (рассматриваемой) операционные усилители находятся в инвертирующей конфигурации, что означает, что выход релейной схемы R-2R напрямую связан с виртуальным заземлением. Это означает, что выходное значение действительно является током, протекающим через Rth (который является просто R), и этот ток также протекает через резистор обратной связи операционного усилителя. Выходное напряжение от операционного усилителя является любым напряжением, которое требуется, чтобы сделать эти два тока равными, и составляет -Rfb / R × Vth. Поскольку он использует резистор обратной связи 2R, выходной сигнал в итоге равен -2 × Vth.

Похоже, существует некоторая путаница относительно того, используется ли лестница R-2R в качестве делителя напряжения или делителя тока, поэтому вот иллюстрация того, как последний может работать, чтобы показать ключевые различия между этим и схемой ОП.

^{смоделировать эту схему}

Обратите внимание, что токи, протекающие через резисторы 2R, взвешены двоично. Это работает, потому что эффективное сопротивление, смотрящее направо от любого из тройных соединений, также точно равно 2R. Следовательно, ток, протекающий слева, всегда делится поровну между нижней и правой ветвями.

Обратите внимание, что ключевое предположение здесь заключается в том, что все ветви привязаны к одному и тому же напряжению (в данном случае к нулю). Также интересно отметить, что напряжения на узлах соединения также являются бинарно-взвешенными.

Это можно использовать для создания ЦАП с токовым выходом следующим образом:

^{смоделировать эту схему}

Токи в резисторах в этой цепи точно такие же, как на предыдущей схеме, потому что независимо от того, в каком положении находится каждый из переключателей, соответствующий резистор подключается либо к реальному заземлению на $\overline{\text{Iout}}$ автобус или на виртуальную площадку на $\text{Iout}$автобус. Токи на двух шинах всегда составляют Iref. Операционный усилитель может преобразовывать выходной ток в напряжение, а диапазон напряжения просто -Iref × R7.