Was ist ein ADC?

Was ist ein ADC?

Definition des Analog-Digital-Wandlers

Ein Analog-Digital-Wandler (ADC) ist ein Gerät, das ein kontinuierliches Analogsignal in ein diskretes Digitalsignal umwandelt. 

 ADC-Prozess

• Abtasten und Halten

• Quantisieren und Codieren

Abtasten und Halten

Beim Abtasten und Halten (S/H) wird das kontinuierliche Signal abgetastet und für einen kurzen Zeitraum konstant gehalten. Dies entfernt Variationen im Eingangssignal, die die Konversionsgenauigkeit beeinträchtigen könnten. Die minimale Abtastrate muss mindestens doppelt so hoch sein wie die maximale Frequenz des Eingangssignals.

Quantisieren und Codieren

Um Quantisierung zu verstehen, können wir zunächst den Begriff Auflösung im ADC durchgehen. Es ist die kleinste Variation des Analogsignals, die zu einer Variation des digitalen Ausgangs führt. Dies stellt tatsächlich den Quantisierungsfehler dar.

V → Referenz-Spannungsbereich

2N → Anzahl der Zustände

N → Anzahl der Bits im digitalen Ausgang

Quantisieren ist der Prozess, den Referenzsignalbereich in mehrere diskrete Stufen oder Quanten aufzuteilen und dann das Eingangssignal der korrekten Stufe zuzuordnen.

Codieren weist jedem diskreten Niveau (Quantum) des Eingangssignals einen eindeutigen digitalen Code zu. Der Prozess des Quantisierens und Codierens wird in der folgenden Tabelle veranschaulicht.

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

Verbesserung der ADC-Genauigkeit

Um die Genauigkeit des ADC zu verbessern, werden üblicherweise zwei Methoden angewendet: die Erhöhung der Auflösung und die Erhöhung der Abtastrate. Dies ist in der folgenden Abbildung (Abbildung 3) dargestellt.

Typen und Anwendungen von ADCs

Nacheinanderschaltender ADC: Dieser Wandler vergleicht das Eingangssignal mit dem Ausgang eines internen DACs in jedem Schritt. Es ist der teuerste Typ.

Doppelschlag-ADC: Er hat eine hohe Genauigkeit, aber sehr langsame Operation.

Pipeline-ADC: Es ist gleichbedeutend mit einem zweistufigen Flash-ADC.

Delta-Sigma-ADC: Er hat eine hohe Auflösung, aber ist aufgrund der Überabtastung langsam.

Flash-ADC: Es ist der schnellste ADC, aber sehr teuer.

Andere: Treppenrampen, Spannungs-Frequenz-Wandler, geschaltete Kondensatoren, Tracking, Ladungsausgleich und Resolver.

Anwendung des ADC

• Gemeinsame Nutzung mit dem Transducer.

• Verwendung im Computer zur Umwandlung des Analogsignals in ein Digitalsignal.

• Verwendung in Mobiltelefonen.

• Verwendung in Mikrocontrollern.

• Verwendung in der digitalen Signalverarbeitung.

• Verwendung in digitalen Speicher-Oszilloskopen.

• Verwendung in wissenschaftlichen Instrumenten.

• Verwendung in Musikwiedergabetechnologien usw.