A/D (AD-Wandler)

AD-Wandler (A/D, ADU, ADC) sind elektronische Schaltungen zur Digitalisierung von analogen Signalen. Sie arbeiten nach unterschiedlichen Wandlungsverfahren, bei denen ein kontinuierliches Analogsignal in der Amplitude und der Zeit quantisiert wird. AD-Wandler unterscheiden ich in der Art der Quantisierung, Wandlungsgeschwindigkeit, Codierung und Auflösung, mit der sie analoge Signale digital nachbilden. Des Weiteren in der Wandlungslinearität, dem Nullpunkt- oder Offsetfehler und der Quantisierungsfehler sowie im Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und Dynamikbereich.


Da es sich bei den zu digitalisierenden Analogsignalen in aller Regel um sich ändernde Signale handelt, ist dem eigentlichen DA-Wandler ein Abtast- und Halteglied (S/H) vorgeschaltet. Die in der Abtast- und Halteschaltung (S/H) zwischengespeicherte Spannung wird anschließend im DA-Wandler quantifiziert und in mittels Dualsystem codiert.

Einordnung der verschiedenen AD-Wandlerverfahren

Einordnung der verschiedenen AD-Wandlerverfahren

Die verschiedenen AD-Wandlerverfahren

Bekannte AD-Verfahren sind das SAR-Verfahren mit der sukzessiven Approximation, die Parallelumsetzung mittels Flash-Wandler, das Zählverfahren, der Pipeline-Wandler, das Slope-Verfahren und Dual-Slope-Verfahren und der Sigma-Delta-Wandler, auch bekannt als 1-Bit-Wandler.

Einordnung von A/D-Wandlern nach der Abtastrate und der Auflösung

Einordnung von A/D-Wandlern nach der Abtastrate und der Auflösung

Hochgeschwindigkeits-Wandler erreichen Abtastraten von über 1 GS/s (Gigasample pro Sekunde) bei einer Auflösung von 10 Bit. Bei höherer Auflösung von 12 Bit und 14 Bit sinken die Abtastraten auf 5 MS/s bis 1 MS/s. Dem gegenüber erreichen hochauflösende A/D-Wandler Auflösungen von 24 Bit.

Weitere Parameter von AD-Wandlern sind die Leistungsaufnahme, die differenzielle Nichtlinearität (DNL), die integrale Nichtlinearität (INL), die Signal to Noise And Distortion (SINAD), der das Rauschen und die Verzerrungen umfasst, die Effective Number of Bits (ENOB) und der Störspannungsabstand (S/N), der 80 dB und höher sein kann.

16-Bit-A/D-Wandler ADS1115 im QFN-Package von Texas Instruments

16-Bit-A/D-Wandler ADS1115 im QFN-Package von Texas Instruments

Die Leistungsaufnahme ist technologieabhängig und liegt bei Verwendung der CMOS-Technologie bei 1 mW bis 2 mW. Hinsichtlich der Nichtlinearitäten werden unter Einbeziehung der integralen Nichtlinearität und der differenziellen Nichtlinearität Werte von +/- 1 Least Significant Bit (LSB) erreicht. Das bedeutet, dass der kleinste Bitwert um eine Stelle schwanken kann.

Neben dem beschriebenen Wandlungsprinzip, bei dem eine Spannung digitalisiert wird, gibt es mit dem Zeit-Digital-Wandler (TDC) noch ein weiteres Basisprinzip bei dem die Zeitdifferenz digitalisiert wird.

Informationen zum Artikel
Deutsch: AD-Wandler - A/D
Englisch: analog digital converter - ADC
Veröffentlicht: 12.11.2013
Wörter: 345
Tags: #Analogschaltungen
Links: 1-Bit-Wandler, Abtastrate, Abtastungen pro Sekunde, Amplitude, Analog