Analog-Digital-Wandler

Aus dem Namen selbst geht hervor, dass es sich um einWandler, der das analoge (stufenlose) Signal in ein digitales Signal umwandelt. Dies ist wirklich eine elektronische integrierte Schaltung, die die kontinuierliche Form des Signals direkt in eine diskrete Form umwandelt. Es kann als A / D oder A-zu-D oder A-D oder ADC ausgedrückt werden. Der Eingang (analog) dieses Systems kann einen beliebigen Wert in einem Bereich haben und wird direkt gemessen. Für die Ausgabe (digital) eines N-Bit-A / D-Wandlers sollte er jedoch nur 2 habenN diskrete Werte. Diese A / D-Wandler ist eine Verbindung zwischen der analogen (linearen) Welt vonWandler und diskrete Welt der Signalverarbeitung und Datenverarbeitung. Der Digital-Analog-Wandler (DAC) führt die Umkehrfunktion des ADC aus. Die schematische Darstellung des ADC ist unten gezeigt.

Analog-Digital-Wandler

ADC-Prozess

Der Konvertierungsprozess umfasst hauptsächlich zwei Schritte. Sie sind

  • Probenahme und Holding
  • Quantisierung und Kodierung

Der gesamte ADC-Konvertierungsprozess ist in Abbildung 2 dargestellt.

Analog-Digital-Wandler

Probenahme und Holding

Während des Abtastens und Haltens (S / H) wird dieDas Dauersignal wird abgetastet und hält den Wert für einen bestimmten Zeitraum auf einem konstanten Pegel ein. Es werden Variationen im Eingangssignal entfernt, die den Umwandlungsprozess verändern können und dadurch die Genauigkeit erhöhen. Die minimale Abtastrate muss das Zweifache der maximalen Datenfrequenz des Eingangssignals betragen.

Quantisierung und Kodierung

Um das Quantisieren zu verstehen, können wir zuerst gehendurch den Begriff der in ADC verwendeten Auflösung. Es ist die kleinste Variation des Analogsignals, die zu einer Variation des Digitalausgangs führt. Dies stellt tatsächlich den Quantisierungsfehler dar.


V → Bezugsspannungsbereich
2N → Anzahl der Zustände
N → Anzahl der Bits am Digitalausgang

Quantifizierung: Dies ist der Prozess, bei dem das Referenzsignal in mehrere diskrete Quanten aufgeteilt wird und das Eingangssignal dann mit dem korrekten Quant abgeglichen wird.

Codierung: Hier; für jedes Quantum einen eindeutigen digitalen Codewird zugewiesen und danach wird das Eingangssignal mit diesem digitalen Code zugewiesen. Der Vorgang des Quantisierens und Kodierens wird in der nachstehenden Tabelle gezeigt.

Aus der obigen Tabelle können wir nur einen beobachtenDer Digitalwert wird verwendet, um den gesamten Spannungsbereich in einem Intervall darzustellen. Daher tritt ein Fehler auf und wird als Quantisierungsfehler bezeichnet. Dies ist das Rauschen, das durch den Quantisierungsprozess eingeführt wird. Hier ist der maximale Quantisierungsfehler

Verbesserung der Genauigkeit im ADC

Zwei wichtige Methoden werden zur Verbesserung der Genauigkeit bei der ADC verwendet. Sie erhöhen die Auflösung und erhöhen die Abtastrate. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt (Abbildung 3).

Analog-Digital-Wandler

Arten von Analog-Digital-Wandlern

  • Sukzessive Approximation ADC: Dieser Konverter vergleicht das Eingangssignal bei jedem nachfolgenden Schritt mit dem Ausgang eines internen DAW. Es ist der teuerste Typ.
  • Dual Slope ADC: Es hat eine hohe Genauigkeit, ist aber im Betrieb sehr langsam.
  • Pipeline-ADC: Dies ist das gleiche wie bei einem zweistufigen Flash-ADC.
  • Delta-Sigma-ADC: Es hat eine hohe Auflösung, ist aber wegen Überabtastung langsam.
  • Flash ADC: Es ist der schnellste ADC, aber sehr teuer.
  • Andere: Treppenhausrampe, Spannung-zu-Frequenz, geschalteter Kondensator, Nachführung, Ladungsausgleich und Resolver.

Anwendung von ADC

  • Wird zusammen mit dem Schallkopf verwendet.
  • Wird im Computer verwendet, um das analoge Signal in ein digitales Signal umzuwandeln.
  • Wird in Handys verwendet.
  • Wird in Mikrocontrollern verwendet.
  • Wird in der digitalen Signalverarbeitung verwendet.
  • Wird in digitalen Speicheroszilloskopen verwendet.
  • Wird in wissenschaftlichen Instrumenten verwendet.
  • Wird in der Musikwiedergabetechnologie usw. verwendet.
Bemerkungen
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