Analog/ Digital Wandlung

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1. Was bedeutet Analog/Digital
   
2. Allgemeines Prinzip
3. Methoden zur Wandlung (Umwandlung) von Analogsignalen zu Digitalsignalen
4. Einsatz Beispiele

3. Methoden zur Wandlung (Umwandlung) von Analogsignalen zu Digitalsignalen

3.1 Direktes & indirektes verfahren(erklärung u. zuordnung der methoden)

Beim direkten Verfahren wird das Signal direkt ausgegeben.
Beim indirekten Verfahren wird das signal zuerst in ein (gespeichertes) Register kopiert.

3.2 Single-Slope-Wandler (Sägezahnverfahren/Zählverfahren)

Hier wird die Spannung wie bei einer alten Waage gemessen. Es wird die Messpannung solange erhöht, bis sie der der Analogsignalspannung gleicht.

Beschreibung:

Die Ausgangsspannung Ur des Sägezahngenerators wird über 2 Komparatoren K1 u. K2 mit dem Massepotenzial (0V) und der EIngangspannung Ue des Analogignals verglichen. Während die Sägezahnspannung durch das Massepotenzial und Ue durchläuft, werden die Pulse eines Quarzoszillators durch einen Zähler Summiert. Da die Sägezahnspannung konstant steigt, ist der Zählerstand(die Verstrichene Zeit) bei Erreichen von Ur = Ue proportional zur Höhe der Eingangspannung. Nach dem Zählvorgang wird das Zählergebnis in ein Register übertragen und Steht somit als digitales Signal zur Verfügungn. Danach wird der Zähler zurückgesetzt und der Wandlungsvorgang beginnt von vorne.

Das Zählverfahren ist in einer relativ simplen Schaltung aufgebaut und kann somit leicht produziert oder aufgebaut werden. Derartige wandler sind jedoch sehr ungenau, da der Sägezahngenerator mit einemtemperatur- und alterungsabhängigen Integrationskondensator arbeitet. Deshalb wird der Single-Slope-Wanlder für einfache Aufgaben verwendet. Zum Beispiel in Spielekonsolen beim Potentiometer. Dieses wird durch den Joystick oder ein Lenkrad bewegt. Desweiteren verfügt er über eine sehr hohe auflösung von über 20 bit. Im Vergleich zu anderen A/D Wandlern ist das Sägezahn verfahren jedoch sehr langsam.

3.3 Dual-Slope-/Multislope-Wandler (Mehrrampenverfahren)

Beim Dual-/Multislope-Wanlder werden mehrere Single-Slope-Wandler verwendet miteinenander verbunden sind.########

Vor-/Nachteile
+ sehr genau
+ Unterdrückung von Störsignalen
- sehr langsam

3.4 Delta-Sigma-Verfahren (Charge-Balance-Verfahren, 1-Bit-Wandler)

Ein zeitliches Eingangsignalkommt über einen analogen Subtrahierer zum Integrator und an dessen Ausgang ein Signal. Dieses Signal wird von einem Komparator mit Eins u. Null bewertet. Bei einem !-Bit-Digital-Analog-Wandler erzeugt daraus eine negative oder eine positive SPannung. Durch den Subtrahierer wird der Integrator wieder auf Nulle gesetzt. Ein nachgeschalteter Digitalfilter setzt den seriellen u. hochfrequenten Bit-Stromin digitale Werte um. Das Ausgangssignal kann parallel oder seriell ausgegeben werden.

MiniDisc oder DAT-Rekorder verwenden das Delta-Sigma-Verfahren. Es wird auch in der Kommunikationstechnik mit digitalen Filtern eingesetzt.

3.5 Sukzessive Approximation (Wägeverfahren)

3.6 Flash-Wandler (Parallel-Wandler)

Der Wandler gibt nach jedenm Takt einen neuen wert aus. Er enthält für jede Spannungsstufe einen Komparator. Ein Komparator vergleicht die Eingangsspannung mit seiner Spannungsstufe und schaltet am Asusgang auf "1", wenn die Eingangsspannung grösser als seine ist. Um ein korrektes Signal zu erhalten wird anschlie*end ein Paritä-Decoder verwendet. Dieser Decoder erzeugt aus z.B. 256 Eingangssignalen ein 8-Bit - Ausgangssignal.

Verwendung:
- Bildverarbeitung
- Video
- Radar

Vor-/Nachteile
+ sehr schnell >300++MHZ
- grosser Aufwand

3.7 Pipeline-Wandler

Der Pipeline-Wandler ist ein mehrstufiger Analog-Digital-Umsetzer. Er enthält mehrere interne Stufen der Flash-Wandlung.

3.8 Hybrid-Wandler

Der Hybrid-Wandler basiert auf einer SAR-Struktur, jedoch wird der urspruuml;ngliche Komparator durch einen Flash-Wandler ersetzt. Vorteil hierbei liegt darin, dass in jedem Approximationsschrit mehr als ein Bit ermittelt werden können.

3.9 Tracking-Wandler

Diese Art von Wandlern ähnelt den Slope-Wandlern, es werden jedoch anstatt eines Integrators nachgeschaltete DACs mithilfe von einem Auf-/Abwärtszählers erzeugt. Wandler dieser art sind monoton und einfach, denn sie fahren einfach dem Signal nach. Deshalb ist die Wandlungszeit abhängig vom Abstand des aktuellen Eingangssignals zum letzten gemessenen Zustand des Eingangssignals.

3.10 Zählmethode

Bei der Zähmethode werden solange Komperatoren geliefert, bis der Wert gleich oder grössder angelegten analogen Referenzgrösse ist. Diese Schritte werden mit einem Zähler erzeugt, deshalb nennt man dieses Verfahren die Zählmethode.

Vor-/Nachteile
+ sehr schnell >300++MHz
+ geringer Schaltungsaufwand
- Umsetzungszeit abhängig von der Eingangsgrösse