ANALOG-DIGITAL-WANDLER

Computergestützte DatenauswertungWS 2011/12Martin Reich

Wegweiser

• Problemstellung• Abtasten und Fehler• ET-Grundlagen• Realisierung– Zählverfahren– Rampenverfahren– Wägeverfahren– Parallelverfahren– andere– Vergleich

Gegenstand

analog digital

• Problem: Dualsystem Quantisierung

Abtasten

• zeitdiskret• wertdiskret• Nyquist-Shannon-Theorem: fAbt ≥ 2fx,max

• Praxis: fAbt ≥ 10 fx (Oversampling)• Simulator

} Quantisierung

Fehler

• Nichtlinearität –differentiell•Missing code• Quantisierungsrauschen

– integral • Gain-Error• Offset-Fehler

• Aliasing

Kenngrößen

• Abtastrate (Hz)• Auflösung (bit/%)• Wandlungszeit (s)• Signal-Rausch-Verhätnis (dB)• Schaltungsaufwand

ET-Grundlagen

• Sample & Hold (S&H)• Multiplexer• Spannungsteiler• Komparator• Integrator• Logische Gatter (and, or)

ADC-Verfahren

Zählverfahren

• stufenweise (ULSB-Schritte) • direkt• interner DAC• t abhängig von Ux

• Auflösung bis 20bit• Umwandlungszeiten bis ms

Einrampenverfahren

• Single Slope• indirekt• Sägezahnspannung mit lin. Anstieg (Uref,max Z≙ max)

• t abhängig Ux

• Auflösung bis 30bit• Umwandlungszeiten bis ms (≈2Hz)• RC-Glied alterungs- und temperaturabhängig• Simulation

Zweirampenverfahren

• Dual Slope• indirekt• t abhängig von Ux (proportional)

• Auflösung bis 14bit (≈0,01%)• Umwandlungszeiten bis ms (≈2Hz)• Einfluss des RC-Glieds entfällt• Simulation

Sukzessive Approximation

• Wägeverfahren• direkt• t abhängig von n• sucsessive approximation register (SAR)• interner DAC• Auflösung bis 16bit• Umwandlungszeiten bis µs• Simulation

Parallelverfahren

• Flash ADC• direkt• 2n-1 Komparatoren bei n bit• Encoder• t abhängig von Komparatoren, Encoder• Auflösung bis 8 bit• Umwandlungszeiten bis ns• Simulation

Andere Verfahren

• Quad Slope ADC• ΔΣ Wandler• U/f Wandler• Pipeline/Kaskaden ADC

Vergleich

http://www.itwissen.info/definition/lexikon/

http://www.vias.org/mikroelektronik/wrapnt5AC460_analog_digital_wandler.html

http://www.ohm-hochschule.de/fileadmin/Fachbereiche/efi/Weigand/AD-Wandler.pdf

http://pcweb.physik.uni-giessen.de/techinfo/czok_ad_wandler.pdf

http://www.uni-marburg.de/fb12/verteilte_systeme/lehre/vl/ti_folien/2.3

http://www3.tu-ilmenau.de/fakia/fileadmin/template/startIA/mhe/lehre/itechnik/V_ADgesamt_n.pdf

http://tams.informatik.uni-hamburg.de/applets/hades/webdemos/10-gates/00-gates/chapter.html

http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/11/cmt/vlus/ad.vlu/Page/vsc/de/ch/11/cmt/simulationen/ad/waegesim.vscml.html

http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/11/cmt/vlus/ad.vlu/Page/vsc/de/ch/11/cmt/simulationen/ad/zaehlsim.vscml.html

http://wwwa1.kph.uni-mainz.de/Vorlesungen/WS07/FP-Seminar/handouts/Marquis_Datenerfassung.pdf

http://www.fh-friedberg.de/fachbereiche/e2/digital-labor/Unterlagen/DT_Script/DT2SCKA9.pdf

WIKIPEDIA:

PrioritätsencoderSuccessive_Approximation_ADCAnalog-to-digital_converterFlash_ADC

Vielen Dank für die

Aufmerksamkeit