Quantisierungsrauschen

Bei der Quantisierung eines analogen Signals entsteht ein stufenförmiges Signal, dessen Stufenzahl von der Anzahl an Abtastungen abhängt. Die Pegel der digitalisierten Signalstufen differieren zum Originalsignal, was sich im Quantisierungsrauschen, Quantization Noise, ausdrückt.


Diese Signalunterschiede zwischen analogem Originalsignal und Digitalsignal drücken sich als Störsignal aus und werden als Quantisierungsrauschen oder digitales Rauschen bezeichnet. Sie sind umso geringer, je exakter das ursprüngliche Analogsignal nachgebildet wird. Das bedeutet, je genauer die Annäherung an das Ursprungssignal ist, desto geringer ist das Quantisierungsrauschen.

Das Quantisierungsrauschen ist abhängig von der Abtastrate und der Quantisierung. Bei hoher Abtastrate und einer Quantisierung mit hoher Auflösung, ist das Quantisierungsrauschen geringer als bei niedriger Abtastrate und geringer Digitalisierung. Das zeigt sich auch im Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). Das Quantisierungsrauschen errechnet sich aus dem Logarithmus der Quantisierungsstufen: 20log Quantisierungsstufen und reduziert sich um näherungsweise 6 dB pro Bit. Danach hat ein AD-Wandler mit einer 10-Bit-Quantisierung und 1.024 Quantisierungsstufen ein Signal-Rausch-Verhältnis von 54 dB, bei 16 Bit Quantisierung und 65.536 Quantisierungsstufen ist der SNR-Wert um 36 dB höher. Er beträgt somit 90 dB. Das Quantisierungsrauschen ist in gewisser Weise Signal-abhängig. Ist nämlich kein Signal vorhanden, dann sind keine Quantisierungsfehler und ebenso kein Quantisierungsrauschen vorhanden.

AD-Wandler haben häufig in der Quantisierung nichtlineare Abweichungen, die sich in der differenziellen Nichtlinearität (DNL) zeigen. Der DNL-Wert drückt die positiven und negativen Abweichungen in den einzelnen Quantisierungsstufen aus. Bei exakter Betrachtung des Quantisierungsrauschens sind die Abweichungen durch den DNL-Wert von der idealen Stufenbreite zu berücksichtigen.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Quantisierungsrauschen
Englisch: quantization noise
Veröffentlicht: 31.07.2019
Wörter: 250
Tags: #Elektronik-Kenndaten
Links: Abtastrate, Abtastung, A/D (AD-Wandler), Analog, Auflösung