DA\AD-Umsetzung
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DA\AD-Umsetzung
Martin Koletzko
24.01.06
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 1/26
Gliederung
1. Was sind DA\AD-Umsetzer?
2. Grundprinzipien der DA-Umsetzung
2.1 Vergleich der Verfahren
2.2 DA-Umsetzer in CMOS-Technologie
2.3 Genauigkeit von DA-Umsetzern
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 2/26
Gliederung
3. Grundprinzipien der AD-Umsetzung
3.1 Vergleich der Verfahren
3.2 Ausführung der Verfahren
3.3 Genauigkeit von AD-Umsetzern
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 3/26
1.Was sind AD\DA-Umsetzer?
a) ADU: Analog-Digital-Umsetzer
•wandelt Spannung in proportionale Zahl •Z=Ue/ULSB
•ULSB=(Umax – Umin) / 2n
b) DAU: Digital-Analog-Umsetzer
•wandelt Zahl in proportionale Spannung
•Ua=ULSB*Z
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 4/26
2.Grundprinzipien der DA-Umsetzung
Man unterscheidet 3 Verfahren:
a) Parallelverfahren b) Wägeverfahren c) Zählverfahren
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 5/26
2a) Parallelverfahren
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 6/26
•Spannungsteiler stellen alle möglichen Spannungen bereit•“1 aus n“-Decoder schließt den Schalter, dem die jeweilige Spannung zugeordnet ist
2b) Wägeverfahren
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 7/26
•es ist jedem Bit ein Schalter zugeordnet•durch gewichtete Widerstände wird die Ausgangsspannung aufsummiert
2c) Zählverfaren
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 8/26
•ein Schalter wird periodisch geöffnet und geschlossen•der arithmetische Mittelwert der Ausgangsspannung wird durch das Tastverhältnisses bestimmt
2.1 Vergleich der Verfahren
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 9/26
Verfahren Parallelv. Wägev. Zählv.
Anzahl Schalter
Zmax ld Zmax 1
•Parallelverfahren wird kaum eingesetzt•Zählvervahren gewinnt an Bedeutung•wichtigste Variante ist das Wägeverfahren
2.2 DA-Umsetzer in CMOS
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 10/26
•dimensionierte Widerstände•invertierender Verstärker•Ausgangsspannung: Ua = -Uref * Z/16 •aufsummierte Ströme: Ik = Uref/R * Z/16
2.3 Genauigkeit
a) Nullpunktfehler b) Vollausschlagfehler c) Nichtlinearität
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 11/26
2.3 a,b) Nullpunkt-, Vollausschlagfehler
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 12/26
2.3 c) Nichtlinearität
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 13/26
3. Grundprinzipien der AD-Umsetzung
Man unterscheidet 3 Verfahren:
a) Parallelverfahren b) Wägeverfahren c) Zählverfahren
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 14/26
3a) Parallelverfahren •Eingangsspannung wird mit „n“
Referenzspannungen verglichen •vollständige Zahl in einem Schritt 3b) Wägeverfahren •jede Stelle der Dualzahl wird nacheinander
ermittelt •man beginnt die Vergleiche mit der
Referenzspannung an der höchsten Stelle 3c) Zählverfahren •man zählt ab wie oft man die Referenzspannung
addieren muss bis man die Eingangsspannung erhält
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 15/26
3.1 Vergleich der Verfahren
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 16/26
Technik Zahl der Schritte
Zahl der Referenz-spannungen
Besondere Merkmale
Parallel-verfahren
1 n = 2N aufwendig,schnell
Wäge-verfahren
N = ldn N = ldn
Zähl-verfahren
n = 2N 1 Einfach, langsam
3.2 Ausführung
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 17/26
3.2a) Parallelverfahren
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 18/26
3.2a) Parallelverfahren
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 19/26
3.2b)Wägeverfahren
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 20/26
3.2b)Wägeverfahren
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 21/26
3.2c) Zählverfahren
•zwei Rampen Verfahren (Dual Slope)
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 22/26
3.2c) Zählverfahren
•zwei Rampen Verfahren (Dual Slope)
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 23/26
•Ue=t2/t1*URef
3.3 Genauigkeit
a) in Abhängigkeit der Frequenz
b) statische Fehler •Quantisierungsfehler •Verstärkungsfehler •Offsetfehler •Nichtlinearität (DNL, INL)
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 24/26
3.3a) in Abhängigkeit der Frequenz
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 25/26
3.3b) Nichtlinearität
DA\AD-Umsetzung Martin Koletzko Folie 26/26
Ende!
Danke für die Aufmerksamkeit!