Der Analog-Digital-Wandler, das elementare Bestandteil fast aller elektronischen Geräte
Ein Analog-Digital-Wandler ist ein elektronisches Bauelement, das ein analoges Eingangssignal in einen digitalen Datenstrom verwandelt. Dies kann entweder durch das jeweilige Funktionsprinzip oder durch eine Sample-and-Hold-Schaltung erfolgen. Der Vorteil eines Analog-Digital-Wandlers liegt darin, dass der digitale Ausgangsdatenstrom von unserer heutigen, digitalen Computerwelt besser verarbeitet werden kann. Man verwendet auch die Bezeichnungen ADU, A/D-Wandler, ADC für analog-to-digital-converter oder einfach nur A/D. Analog-Digital-Wandler findet man in der Kommunikations- und Unterhaltungselektronik wie z.B. Mobiltelefonen, aber auch in der Forschung, Industrie, im Auto oder Haushalt.
Ein Analog-Digital-Wandler diskretisiert ein zeitkontinuierliches Eingangssignal. Es werden einzelne, diskrete Abtastwerte ausgegeben, die anschließend in Digitalwerte umgesetzt werden. Da die Abtastwerte in ihrer Anzahl endlich sind, erfolgt immer eine Quantisierung. Ein Analog-Digital-Wandler wird in seiner Funktion in einem Signalwert-Zeit-Diagramm anschaulich dargestellt. Es entsteht eine Punktfolge in Treppenform, d.h. die Punkte haben horizontale und vertikale Abstände. Die Bittiefe und die Abtastrate sind die Hauptparameter.
Hersteller von Analog-Digital-Wandlern
Ein Analog-Digital-Wandler ist meist ein IC, also ein integrierter Schaltkreis. Dieser muss auf einer Platine verbaut werden, um ihn nutzen zu können. Es gibt verschiedene Hersteller. Der ADU ADS7953SDBT von Texas Instruments kostet z.B. 18,63 € und dient zur Datenerfassung. Der Eingangstyp ist Eintakt. Er ist als MUX-S/H-ADC konfiguriert. Die Eingänge werden also in einen Multiplexer geführt. Anschließend wird mit dem Sample-and-Hold-Verfahren abgetastet und der Wert gehalten, damit anschließend ein A/D-Wandler den gehaltenen Wert digitalisiert. Die digitale Versorgungsspannung muss zwischen 1,7 – 5,25 V liegen. Die analoge Versorgungsspannung muss zwischen 2,7 – 5,25 V liegen. Der IC hat 16 Eingänge, 12 Bit Bittiefe, 1 MSp/s Abtastrate und einen Betriebstemperaturbereich von -40 bis +125 °C. Er hat verschiedene Modi, Alarmlevels, individuell konfigurierbare I/O.
Der ADU LTC2404CG#PBF von Linear Technology kostet z.B. 10,72 € und dient auch zur Datenerfassung. Er hat nur vier Eingänge und mit MUX-ADC eine andere Konfiguration. Der Umsetzer und die Spannungen sind auch anders. Die Bittiefe ist mit 24 Bit tiefer. Die Abtastrate ist nur 7,5 Sp/s und der Betriebstemperaturbereich beträgt nur 0 – 70 °C.
Es gibt weitere Hersteller wie Analog Devices, maxim integrated, MICROCHIP… Diese sollen hier aus Platzgründen nicht weiter betrachtet werden. Es gibt sehr viele verschiedene ADUs, die man über die Datenblätter genau studieren und vergleichen kann!
Was muss man beim Kauf eines Analog-Digital-Wandlers beachten
Die Abtastrate und die Bittiefe müssen beachtet werden. Die Abtastfrequenz muss mindestens das Doppelte der maximalen Eingangsfrequenz entsprechen. Es muss also die Bandbreite des Eingangssignals beachtet werden. Die Bittiefe repräsentiert umgerechnet die möglichen digitalen Werte, welche dargestellt werden können. Je nach erforderlicher Genauigkeit des digitalen Ausganssignals, darf die Bittiefe nicht zu niedrig sein. Wenn der ADU für Batterien oder isolierte Anwendungen verwendet wird, darf er nur eine geringe Leistungsaufnahme haben. Die Anzahl der Eingänge und die Spannungsbereiche müssen zur Anwendung passen. Des Weiteren gibt es verschiedene Größen, welche Fehler und Qualität des ADU bestimmen. Es sind z.B. jeweiliges Funktionsprinzip/innerer Aufbau, Nullpunktfehler, Empfindlichkeitsfehler, Nichtlinearität, Quantisierungsfehler, Latenzzeit, Signal-Rausch-Verhältnis. Dies alles kann hier nicht genau erklärt werden. Es ist hierzu ein genaues Studium erforderlich, um den ADU mit den Erfordernissen der Anwendung abzugleichen.
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