고품질 DIY 디지털-아날로그 컨버터 제작: 단계별 완벽 가이드

DIY 디지털-아날로그 컨버터에 대하여, 아이팟, 노트북 또는 기타 오디오 장비에 디지털로 저장된 정보를 우리가 듣는 아날로그 사운드로 변환하는 것은 까다로운 프로젝트일 수 있습니다.

쉬워 보이지만, 핵심 부품인 DAC 없이는 원하는 결과를 얻을 수 없습니다.

소리를 더 좋게 만들어줄 뿐만 아니라, 좋은 품질의 디지털-아날로그 컨버터는 더 나은 소닉 배경을 제공하여 프로젝트에 더 깊은 청취 범위를 만들어줍니다.

여기가 가장 좋은 부분입니다.

DAC를 구매할 필요가 없습니다. DIY DAC(디지털-아날로그 컨버터) 제작은 저렴하고 비교적 쉽습니다. 게다가 몇 가지 도구와 기기만으로 직접 할 수 있습니다.

하지만 어렵게 느껴진다면 걱정하지 마세요. 저희가 도와드리겠습니다.

바로 시작해 보겠습니다.

디지털-아날로그 컨버터 작동 원리

DAC가 어떻게 작동하는지 알아보기 전에 디지털-아날로그 컨버터가 무엇인지 논의해 보겠습니다.

전자 분야에서 DAC는 오디오 장치에서 디지털 데이터를 캡처하여 아날로그 오디오 신호로 변환합니다. 그런 다음 이 신호를 증폭기로 보냅니다. 따라서 디지털 녹음을 들을 때 우리가 듣는 것은 변환된 아날로그 신호입니다.

변환 과정

출처: 위키 커먼즈

그러나 다양한 DAC는 서로 다른 품질을 제공합니다. 예를 들어 스마트폰에는 통화에는 충분히 잘 작동하지만 좋아하는 음악 컬렉션을 즐기기에는 부족한 기본 DAC가 탑재되어 있습니다. 이를 위해서는 스피커의 DAC가 필요합니다.

이제 DAC가 디지털 형식으로 저장된 음악을 듣게 해준다는 것을 알았습니다. 하지만 무엇이 하나의 디지털-아날로그 컨버터를 다른 것보다 낫게 만들까요?

우선 DAC 내부에서 무슨 일이 일어나는지 이해해야 합니다. 녹음 엔지니어는 아날로그 신호를 일련의 숫자(디지털 신호)로 변환합니다. 따라서 이를 듣고 싶다면 이 숫자 비트스트림을 다시 아날로그 신호로 변환해야 합니다.

DAC 회로 블록 다이어그램

하지만 DAC는 비트스트림을 변환하기 위해 일관된 타이밍 시퀀스를 사용하지 않습니다. 그 결과 클러킹 에러(clocking errors)가 발생합니다. 따라서 이러한 소리를 재생할 때 에러는 지터(jitter)로 나타납니다.

지터는 재생 품질에 부정적인 영향을 미칩니다. 즉, 음악이 충분히 좋지 않게 들립니다.

다행히 외장형 DAC(헤드폰, 스피커)는 이러한 클러킹 에러를 처리할 수 있습니다. 내장형 DAC와는 달리 말입니다.

외장형 DAC 포트

따라서 외장형 DAC는 모든 청취 설정에 적합합니다. 외장형 DAC와 호환되는 장치의 예로는 데스크톱 및 노트북 컴퓨터, 홈 스테레오 시스템, 스마트폰이 있습니다.

외장형 DAC 예시

디지털-아날로그 컨버터 작동 방식

몇 년 전만 해도 아날로그 신호를 생성하는 DAC가 없었습니다. 한때는 릴 테이프와 레코드 홈을 사용하여 전기 아날로그 신호를 생성했습니다. 그러나 이제 DAC를 통해 편리하고 휴대 가능한 디지털 오디오를 즐길 수 있습니다.

릴 레코드와 레코드 홈

작동 방식은 다음과 같습니다:

첫째, 아티스트가 녹음 과정에서 트랙을 제작합니다. 마이크가 아티스트의 목소리와 악기 소리를 아날로그 입력 신호로 포착합니다.

다음으로 녹음 장비는 아날로그-디지털 컨버터(나중에 논의)를 사용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환합니다. 이 과정을 통해 이 신호들을 디지털 오디오 파일로 쉽게 저장할 수 있습니다.

디지털 오디오 파일을 재생하면 DAC가 신호를 다시 아날로그 오디오 신호로 변환합니다.

마지막으로 DAC는 변환된 아날로그 출력 신호를 증폭기로 전송합니다. 이렇게 스피커나 헤드폰을 통해 음악이 재생됩니다.

아날로그-디지털 컨버터 작동 방식

앞서 언급했듯 ADC는 디지털-아날로그 신호 변환 과정에서 중요한 역할을 합니다. ADC는 라즈베리 파이와 아두이노 같은 디지털 논리 회로가 현실 세계에서 전송할 수 있게 해줍니다.

아날로그 신호는 온도, 소리, 움직임, 소리, 빛을 측정하는 다양한 센서와 소스에서 나옵니다.

아날로그-디지털 컨버터 회로도

아날로그 신호는 무제한의 다양한 레퍼런스 전압 값을 제공하는 반면, 디지털 버전 회로는 로직 하이(1)와 로직 로우(0) 두 논리 상태의 바이너리 신호로 작동합니다. 따라서 이 변환을 처리할 전자 회로가 필요합니다. 거기서 ADC가 등장합니다.

따라서 ADC는 아날로그 전압을 포착하고 아날로그 전압을 나타내는 디지털 출력 코드를 생성합니다. 하지만 어떻게 작동할까요?

ADC는 변환 중 시퀀스를 따릅니다. 먼저 아날로그 신호를 샘플링하고 양자화하여 해상도를 결정합니다. 마지막으로 바이너리 값을 설정하고 시스템에 디지털 출력 신호로 전송하여 읽습니다. 이 과정의 두 가지 중요한 측면은 해상도와 샘플링 레이트입니다.

디지털-아날로그 컨버터 만드는 방법

마이크로컨트롤러는 디지털 신호만 읽을 수 있으므로 다양한 모델에 ADC가 탑재되어 있습니다. 하지만 DAC가 탑재된 모델은 적습니다. 따라서 쉽게 구할 수 있는 재료로 간단한 디지털-아날로그 컨버터 만드는 방법을 보여드리겠습니다. 또한 무한한 해상도 비트로 쉽게 확장할 수 있습니다.

더 이상 지체하지 않고 단계는 다음과 같습니다:

1단계: 재료 준비

재료 세트를 주문하거나 직접 모을 수 있습니다. 인쇄 회로 기판, 저항, 커패시터, 다이오드, XMOS 보드가 필요합니다.

2단계: 구성 요소 설치

이 프로젝트에서 가장 먼저 PCB에 설치해야 할 것은 저항과 커패시터입니다. 470옴 저항을 설치한 다음 커패시터를 설치합니다. 하지만 보드의 마킹에 따라 가장 큰 커패시터를 먼저 설치한 후 나머지 커패시터를 설치해야 합니다.

또한 쿼츠 공진기를 납땜해야 합니다. 둘째, 실수하지 않도록 다이오드를 한 방향으로 설치합니다. 마지막으로 PCB의 마킹에 따라 커넥터를 설치합니다.

3단계: XMOS 보드 연결

DAC에 SPDIF와 USB 입력을 모두 원한다면 특수 카드(XMOS 보드)를 구매해야 합니다. XMOS 카드를 구매하면 필요한 모든 커넥터와 마운팅 랙과 함께 설치합니다.

XMOS 보드

참고: 이 구성 요소들은 키트에 포함되어 있습니다.

이 단계에서 문제가 발생하면 커패시터 때문일 수 있습니다. 더 작은 커패시터의 위치를 바꿔보세요. 그러면 문제가 해결될 것입니다.

4단계: 컨트롤 및 디스플레이 보드 조립

DAC에는 다양한 전환 가능한 입력과 서로 다른 동작 모드가 있으므로 컨트롤 및 디스플레이 보드가 필요합니다. 이 구성 요소들은 키트에서 찾을 수 있습니다. 다음으로 PCB의 지침에 따라 컨트롤 및 디스플레이 보드를 설치합니다. 마지막으로 와이어와 디스플레이를 연결하면 회로가 완성됩니다.

5단계: 최초 테스트

회로에 대한 최초 테스트를 수행하여 모든 것이 제대로 작동하는지 확인하세요. 최초 점검에서 모든 것이 정상적으로 작동하면 준비 완료입니다.

6단계: 트랜스포머 선택

보드에 세 개의 정전압 전원이 필요합니다: 2×15볼트, 9-12볼트, 9-12볼트. 2×15 권선은 중간에서 탭이 나온 9-12볼트로 구성됩니다. 반면 두 개의 9-12볼트 트랜스포머는 독립적인 권선을 가집니다. 보드의 소비 전력이 낮으므로 약 5-10와트만 필요합니다.

7단계: 케이스 제작

이제 전원 공급 장치와 회로가 준비되었으니 다음은 하우징입니다. 위성 수신기나 회로에 맞는 다른 장비의 케이스를 사용할 수 있습니다. 그러나 보드를 케이스 안에 설치하려면 약간의 기계적 작업이 필요할 수 있습니다.

다양한 케이스

보드에 맞는 케이스를 찾을 수 없다면 온라인에서 기성품을 구매하는 대안이 있습니다.

8단계: 전면 패널 설치

전면 패널 표시등 설치 중 사소한 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 이를 고치기 위해 약간의 기계적 작업이 필요합니다.

9단계: 최종 조립

회로 기판, 두 개의 트랜스포머(-15 +15볼트용 첫 번째, 두 개의 12볼트 권선용 두 번째)로 전원 공급 장치를 만듭니다. 마지막으로 모든 것을 케이스에 설치합니다.

10단계: 최종 설정

헤드폰 출력을 배치하고 헤드폰용 A클래스 증폭기를 케이스 내부에 설치합니다.

증폭기

또한 USB 연결로 장치를 사용할 계획이라면 드라이버를 다운로드하여 제대로 설치해야 합니다.

참고: 커패시터와 증폭기를 교체하여 실험함으로써 DAC를 업그레이드할 수 있습니다. 하지만 이 업그레이드가 더 나은 결과를 보이지 않으면 원래 구성 요소로 되돌리세요.

변환 과정에 영향을 미치는 요인

모든 변환이 동일한 카운트 시간을 필요로 하는 것은 아닙니다. 일부는 더 높을 수 있고, 다른 일부는 더 낮을 수 있습니다. 일반적인 변환 시간은 4.1ms / 2 = 2.05ms입니다. 이는 좋은 값이 될 수 있습니다.

그러나 이 값은 2 × 244 = 488을 생성하므로 평균 488회 변환을 의미합니다.

따라서 더 느린 클록 속도는 초당 더 적은 변환을 의미합니다. 또한 해상도가 낮은 컨버터(더 적은 카운트 단계)는 더 높은 변환율을 가집니다.

변환 과정에 영향을 미치는 또 다른 요인은 정확도입니다. 비교기의 정확도가 컨버터의 정밀도를 결정합니다.

마무리

디지털-아날로그 컨버터는 모든 오디오 장치의 중요한 구성 요소입니다. 대부분의 장치는 현실 세계와 통신해야 합니다. 따라서 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해야 합니다.

또한 프로젝트에 델타-시그마 DAC, 바이너리 가중 저항 DAC, 세그먼트 DAC, 바이너리 래더 DAC 등 네 가지 유형의 DAC를 사용할 수 있습니다.

이상으로 디지털-아날로그 컨버터에 대해 알아야 할 모든 것을 마칩니다. 궁금한 점이 있으시면 언제든 연락 주세요. 기꺼이 도와드리겠습니다.