A/D (AD-Wandler)

ADC (analog digital converter)

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.

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Einordnung der verschiedenen AD-Wandlerverfahren

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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.

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

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, der SINAD-Wert, 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

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 (INL) und der differenziellen Nichtlinearität (DNL) Werte von +/- 1 LSB erreicht. Das bedeutet, dass der kleinste Bitwert um eine Stelle schwanken kann.