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Ein Analog-Digital-Umsetzer (ADU, auch: Analog-Digital-Wandler, A/D-Wandler) wandelt nach unterschiedlichen Methoden analoge Eingangssignale in digitale Werte um.
Bei der direkten Methode werden die anliegenden Eingangssignale in einem Schritt an Komparatoren-Eingänge gelegt. Es werden unmittelbar alle Komparatoren ausgelöst, deren Referenzgröße niedriger als die Eingangsgröße ist. Diese Methode erzielt hohe Geschwindigkeiten, ist aber bei hohen Genauigkeiten sehr aufwändig.
Bei der Zählmethode wird so lange der kleinste gewünschte Schritt (LSB) aufeinander addiert und an einen Komparator geliefert, bis der Wert gleich oder größer der angelegten analogen Referenzgröße ist. Die Schritte werden mit einem Zähler erzeugt, der dem Verfahren seinen Namen gibt. Der Schaltungsaufwand ist sehr gering, allerdings ist die Umsetzungszeit abhängig von der Eingangsgröße und kann im ungünstigen Fall über alle Zählerstufen gehen.
Die Iterationsmethode ist der Zählmethode ähnlich. Auch hier erfolgt eine schrittweise Annäherung an den Referenzwert. Allerdings nicht linear in konstanten Zählschritten, sondern nach schnelleren Iterationsverfahren. Dieses Verfahren bietet den besten Kompromiss aus Schaltungsaufwand und Geschwindigkeit.
Der Dual-Slope ADC war das erste leistungsfähige Konzept eines Analog-Digital-Umsetzers. Um das Patent zu umgehen, und später auch durch die bessere Flexibilität, wird heute meist der Bit-Stream-ADC verwendet. Der Dual-Slope ADC bleibt aber trotzdem ein einfaches Verfahren zum Einstieg in die ADUs.
Nx = Tx / fT
Nx = (Nint / -Uref) * Ux
Wer das digitale Ausgangssignal eines A/D-Wandlers mit dem Computer weiterverarbeiten möchte, kauft am zweckmäßigsten eine an einen Bus anschließbare A/D-Wandlerkarte. Gängige Modelle bieten mehr als einen analogen Eingang (typisch 2,4 oder 8 Eingänge). Warnung: in der Regel haben diese Karten nur einen A/D-Wandler, dem ein Multiplexer vorgeschaltet ist. Das hat mehrere Nachteile: (1) die Erfassung der verschiedenen Eingangsdaten ist nicht genau simultan; (2) die maximale Leserate sinkt mit steigender Zahl von Eingängen; (3) der Multiplexer transportiert Ladung von einem Eingang zum nächsten, was die Hersteller in ihren Datenblättern verheimlichen: die faktische Eingangsimpedanz des Multiplexers ist deshalb um viele Größenordnungen geringer als die nominelle Eingangsimpedanz des A/D-Wandlers.
Siehe auch: Digital-analog-Umsetzer
Direkte Methode (Parallel-Verfahren)
Zählmethode
Iterationsmethode (Wäge-Verfahren)
Kondensatorentladungsmethode
Dies ist die primitivste Methode. Man lädt einen Kondensator auf eine vordefinierte Spannung auf, entlädt ihn über einen Widerstand und misst die Zeit, bis ein bestimmter Entladungszustand erreicht ist. Diese Methode wird beim PC-Joystick verwendet, wobei der Widerstand der Potentiometer des Joysticks ist. Es kann aber auch Spannung gemessen werden, indem der Kondensator auf die Eingangsspannung aufgeladen wird. Sie ist sehr ungenau und der Zeitaufwand hängt, wie bei der (im Prinzip ännlichen) Zählmethode, von der Eingangsgröße ab. Wichtige Kenngrößen
Gibt an wieviele Bits zur Darstellung verwendet werden.
Die reale Umsetzerkennlinie ist seitlich zur idealen verschoben
Beim Umsetzen wird davon ausgegangen dass die Eingangsgroesze monoton ist. Ist dies nicht der Fall koennen missing codes auftreten.
Der Fehler zwischen dem Umgesetzen Wert und dem eigentlichen Wert. (Hoehe)
Nicht alle Quantisierungsschritte sind gleich breit.
Beispiel: Dual-Slope ADC
.------.
| |
Ux | |\\ | Rint
----o-|-\\ | ___ || Cint
Uref | >-o-|___|-o----||----.
----|+/ | || |
|/ | |
| |\\ |
'---|-\\ | |\\ CMP
| >---o------|-\\
o---|+/ Uint | >----
| |/ INT o---|+/
=== | |/
GND ===
GND
Nint = Tint / fTA/D-Wandler als Computereinschubkarte