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 +====== 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 ====
 +<graphviz ?320>
 +digraph {
 +  node [shape=box];
 +
 + 
 +  Typen -> direkte;
 +  Typen -> indirekte;
 +
 +  direkte -> parallel;
 +  direkte -> seriell;
 +  direkte -> "serien-parallel";
 +  direkte -> "parallel-serien";
 +}
 +</graphviz>
 +
 +=== 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**
 +    - Teilung des Bittaktes
 +    - erste Hälfte: (Bit==1) ? C linear Laden
 +    - 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**
 +    - Erzeugung eines PWM Signales
 +      * 2 Timer: Periode + Flanke
 +    - 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 ====
 +<graphviz ?480>
 +digraph {
 +  node [shape=box];
 +
 +  Typen -> parallel;
 +  Typen -> seriell;
 +
 +  parallel -> Stufenwandler;
 +  parallel -> Mehrstufenwandler;
 +
 +  seriell -> "Kompensations-\nwandler";
 +  seriell -> "Sägezahn-\numsetzer";
 +
 +  "Sägezahn-\numsetzer" -> "Einflanken";
 +  "Sägezahn-\numsetzer" -> "Zwei- Mehrflanken";
 +  "Zwei- Mehrflanken" -> "Quad-Slope";
 +
 +  "Sägezahn-\numsetzer" -> "Ladungsmengen-\nkompensation";
 +
 +  "Sägezahn-\numsetzer" -> "spezielle";
 +  "spezielle" -> "Charge-\nBalancing";
 +  "spezielle" -> "Sigma-Delta-\nWandler";
 +}
 +</graphviz>
 +
 +=== 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:
 +    - Integration der Eingangsspannung
 +    - 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
 +      - mit Low-Flanke wird +U_Ref integriert
 +      - mit high-Flanke wird -U_In integriert
 +  * **Taktsynchrone Pulsmodulation**
 +    * Impulshäufigkeit gibt den Analog wert an
 +  * **Charge-Balancing-ADU**
 +    * Erweiterung vin U-f Wandlern
 +    * Ablauf
 +      - U-f Wandler erzeugt Pulsdichte mod. Signal
 +      - Pulse werden gezählt
 +      - 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:
 +    - Abtasten
 +    - 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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