Interfacetechnik

Digital-Analog-Umsetzer

Grundlagen

Grundschaltungen

  • Spannungsteiler
  • Stromsummation

Parameter

  • Übertragungsfunktion
  • Genauigkeit
    • Maß der Übereinstimmung von idealen und realen Wandler
  • Verstärkungsfehler
    • Anstieg der Geraden
  • Offsetfehler
    • vertikale Verschiebung der Geraden
  • Auflösung
  • Monotonie
    • kontinuierlicher Anstieg
  • Nichtlenearität (integrale)
    • Abstand zur Idealgeraden unterschiedlich, max. Abweichung
  • Differentielle Nichtlinearität
    • streng gesehen keine Monotonie mehr
    • Stufenhöhe unterschiedlich
  • Bipolarer Betrieb
    • zusätzliche Abweichungen, weil Verstärkung bei pos. und neg. verschieden ist
    • life-zero Verhalten
    • max. pos. Ausgangsgröße wird halbiert
  • Einschwingzeit
    • t_r - Anstiegzeit
    • t_s - Einschwingzeit

Typen

Direkte

Parallel

Wandlung findet innerhalb eines Taktes statt. Jedes Bit hat einen bestimmten Anteil.

  • Widerstands-Netzwerke mit binärgestuften Widerständen
    • Widerstände 8R,4R,2R,R einfach Parallel geschaltet
      → unterschiedliche Werte, hohe Schwankungen von R
  • Netzwerke mit binärgestuften Stromquellen
    • parallel gestufte Stromquellen
      → weil die Spannung konstant bleibt gibt es keinen Ladungswechsel
      → keine parasitären Kapazitäten
  • R-2R-Netzwerke
    • Widerstände R und 2R über Kettenleiter verbunden
      → Fehler der Widerstände sind geringer
  • allg. Ohmische Kettenleiter
  • Ausgangsschaltungen
    • Strom-Spannungsumsetzer
      • Aufbau: Ausgang → OPV mit Wiederstand von Eingang(+) nach Ausgang
    • De-Glitcher (wie S&H)
      • Aufbau: Ausgang → Verstärker → Schalter → Halteglied
  • Anwenderschaltungen
    • Segmentierung
Serielle

Z wird als serielle Impulsfolge dargestellt. Jeweils ein Bit/Takt.

  • Shannon-Dekoder als DAU
    1. Teilung des Bittaktes
    2. erste Hälfte: (Bit==1) ? C linear Laden
    3. zweite Hälfte: C exp. entladen (Spannung halbiert in jeder Takthälfte)
    • Probleme:
      • LSB kommt zuerst
      • Tolleranzproblem
  • SC-Netzwerke
    • Schalter-Kondensator Netzwerke
    • Anstelle des Entladewiderstandes ein Kondensator
Serien-Parallel

Anstelle von einem Bit bei seriellen Verfahren werden mehrere Bit Taktgleich benutzt.

Parallel-Serien

Aka. Segmentierverfahren. Es werden mehrere DAU anstelle von einem benutzt. Der Eingang wird in Segmente eingeteilt.

Indirekte

  • Zählverfahren
    1. Erzeugung eines PWM Signales
      • 2 Timer: Periode + Flanke
    2. Mittelwert bilden
  • Überabtastung
    • DSV als Grundlage
    • Pulsdicktemodulation
  • Abschneide-Rückkopplung

Analog-Digital-Umsetzer

Klassifizierung

  • Rechenschritte & Anzahl der Normalen

Parallelmethode

  • so viele Normalen wie Meßgrößen
  • Vergleich des Einfangs mit alle Normalen in einem Takt
  • liegt der Eingang zwischen 2 Normalen, ständiger Wechsel (bei Stellungswechsel große Fehler)

Zählmethode

  • eine Normale
  • Addition der Normalen, bis Wert erreicht oder drüber
  • lange Wandlungszeit

Iterationsmethode

  • mehrere Normale
  • schrittweise Herantastung(Beginn mit der größten Normalen) an den Eingang
  • feste Schrittanzahl

erweiterte Zählmethode

  • Verwendung von Vielfachnormalen

Parallel-Serien-Wandlung

  • Parallelverfahren in mehreren Schritten
  • erst grobe, dann feine Bestimmung

Vergleich

Parameter

  • Quantisierungsfehler
    Abweichung von Eingang zu Z
    kann im Grunde beliebig klein gemacht werden
  • Genauigkeit und Auflösung
    • Absolute Genauigkeit
      aktueller Fehler von Ausgang/Eingang
    • Relative Genauigkeit
      Nichtlinearität (ohne Verstärkung und Offset)
  • Verstärkungs und Offsetfehler
  • Nichtlinearität
  • Differentielle NL
  • Monotonie

dyn. Kennwerte

  • Umsetzzeit und Umsetzrate
  • Amplitudenfehler
    • kann durch S&H teilweise vermieten werden
    • tritt nicht bei int. ADU auf
  • Signal/Rausch Verhältniss
    • weißes Rauschen aufgrund des Quantisierungsfehlers
  • Dynamikbereich

Parallel- und Stufenwandler

Kette von Komperatoren vergleichen Eingang mit einer Anzahl von Normalen(realisiert durch Widerstandskette). Ausgang der Komperatoren wird durch Dekoder auf Z abgebildet.

  • viele Bauelemente
  • schnell
  • einfaches digitales S&H Glied möglich durch Latch

Mehrstufenwandler

Bereich wird in mehrere Bereiche geteilt. Grob und fein.

  • Problem: Bitfehler an der Grenze → überlappende Wertebereiche → digital Mittelwert bilden

ADU nach dem Zählverfahren

Kompensationswandler

Sägezahnumsetzer

  • benötigen keine DAUs
  • sind indirekte Umsetzter (Eingangssignal wird in PWM meist umgeformt)
Einflanken ADU
  • Vergleich des Eingangs mit einem Sägezahn
  • Timer wird durch Komperator zurückgesetzt
  • Momentanwertumsetzer
  • Problem: Offsetspannung
Zweiflanken ADU
  • 2 Schritte:
    1. Integration der Eingangsspannung
    2. negative Integration mit der Referenzspannung
  • Zeitmessung, bis wieder Nullpunkt erreicht wird
Mehrflanken ADU
  • wie Einflanken ADU
  • vorher Nullpunktabgleich
  • Mehrflanken ADU
    • Nullpunktbestimmung vor jeder Messung
    • wird vom 2ten Zahlenwert subtrahiert
ADU mit Ladungsmengenkompensation
  • Prinzip
    • U-f Wandler mit fester Pulsbreite
    • Ablauf
      1. mit Low-Flanke wird +U_Ref integriert
      2. mit high-Flanke wird -U_In integriert
  • Taktsynchrone Pulsmodulation
    • Impulshäufigkeit gibt den Analog wert an
  • Charge-Balancing-ADU
    • Erweiterung vin U-f Wandlern
    • Ablauf
      1. U-f Wandler erzeugt Pulsdichte mod. Signal
      2. Pulse werden gezählt
      3. Latch wird nach N Takten mit dem Zählwert geladen
spezielle
  • Mehrflankenverfahren PEMA
  • ADU mit Mehrfach-Pulsdauermodulation
  • Rampenverfahren mit verkürzter Umsetzzeit
  • Zeitintervallmessung mit Analoginterpolation
Sigma-Delta-AD-Umsetzer
  • DSV als Grundlage

Abtast- und Halte- Schaltungen

  • 2 Schritte:
    1. Abtasten
    2. Halten
  • Parameter (dynamisch)
    • Erfassungszeit
    • Öffnungszeit
    • Driftrate
    • S/H Offset
    • Übersprechen
  • Parameter (statisch)
    • Offset
    • Verstärkungsnichtlinearität
  • Forderungen
    • kleine Einschwingzeit
    • große Haltbarkeit
    • wenig Übersprechen
 
wiki/study/ift.txt · Last modified: 2005/09/10 16:41 (external edit)
 
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