Qual a diferença entre um DAC Delta Sigma e um R-2R? Qual o melhor?

Os DACs Delta Sigma são a arquitetura de conversores de sinal digital para analógico mais utilizada atualmente devido ao baixo custo e sua capacidade de suportar arquivos de resoluções altíssimas 32Bit/768KHz. Já os DACs Ladder são um tipo de projeto antigo que utiliza uma arquitetura puramente analógica para realizar a conversão do sinal, sendo o DAC R-2R um tipo de conversor mais barato dentro da categoria.

A grande maioria dos chips de DAC modernos utilizam a arquitetura Delta Sigma. Estes conversores reconstroem o fluxo de bits utilizando uma alta taxa de amostragem (exemplo: 768KHz) e aplica filtros de ruído para se obter uma saída precisa e suave. Entretanto, essa tradução é potencialmente mais propensa a erros, causando o aliasing digital, que é a identificação errônea (ou reconstrução errônea) de um sinal, causando distorção ou erro. Tenta-se diminuir isso através do dither (ou ditering), que adiciona ruído a um sinal, e tem como objetivo amenizar o ruído gerado pelo ruído de quantização (quantization noise), que ocorre quando um bit cai entre dois níveis e o sistema arredonda para um valor que seja mais próximo.

Como funciona o DAC R-2R?

Pertencente a arquitetura do DAC ladder, o DAC R-2R utiliza um conjunto de resistores de alta precisão ao invés de filtros digitais, onde cada resistor é utilizado para um bit em um byte. O bit menos significativo possui uma resistência maior e à medida que avança o número, a resistência dos resistores vai caindo. Exemplo: Se o bit 1 é o menos significativo, ele terá uma baixa tensão de saída e uma resistência alta, enquanto o bit 8, o mais importante, terá uma tensão mais alta e uma resistência mais baixa.

• Bit 1 = (0 ou 1) * 1
• Bit 2 = (0 ou 1) * 2
• Bit 3 = (0 ou 1) * 4
• Bit 4 = (0 ou 1) * 8
• Bit 5 = (0 ou 1) * 16
• Bit 6 = (0 ou 1) * 32
• Bit 7 = (0 ou 1) * 64
• Bit 8 = (0 ou 1) * 128

Quanto mais alto o bit, você multiplica pelo fator de 2 e soma. Para 8 bits, você soma todos os valores (1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 32+ 64 +128) e obtém 255.

Como os DACs ladder funcionam puramente de forma analógica, não há a necessidade de filtros passa-baixa para suavizar uma onda "quadrada", pois a saída desta arquitetura já é senoidal e não se tem problemas de aliasing digital. Entretanto, devido ao fato de que é necessário que os resistores possuam valores extremamente precisos, o custo para se obter um bom resultado é alto, principalmente porque eles não podem ser muito afetados pela temperatura e capacitância, que alteram a propagação da tensão.

Na tentativa de criar um produto próximo aos DACs ladder verdadeiros, os desenvolvedores criaram DACs que simulam este funcionamento, os chamados DACs de resistores ponderados binários, ou simplesmente DACs R-2R. Estes possuem uma quantidade menor de resistores, além de possuírem menos precisão, algo necessário para a arquitetura de DACs ladder.

Para que um DAC R-2R funcione, é necessário somente dois valores de resistência ou um único valor caso se coloque resistores em paralelo (lado a lado) ou em série (um após o outro).

Os DACs Delta Sigma de alto desempenho

Enquanto há DACs Ladder caríssimos, tem uma forma de se conseguir um bom resultado com DACs Delta Sigma. Através da utilização de um chip FPGA (Field Programable Gate Array) [1], as empresas conseguem projetar seu próprio firmware e especificar como a conversão será feita de acordo com o que se acha que seria o ideal. Exemplos de empresas que utilizam DACs com chips FPGA: Chord Electronics e dCS Audio.

[1] Artigo "O que é chip FPGA"

Qual é a vantagem subjetiva de um DAC ladder?

Segundo usuários de DACs ladder de alto desempenho, ao sair de um DAC Delta Sigma e migrar para a arquitetura de resistores, há uma melhora nos timbres dos instrumentos, trazendo sons mais realistas.

Esse artigo é feito em parceria com o Grupo Fones de Ouvido High-End:

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