Analog-Digital-Wandler

Präsentation zum Thema: "Analog-Digital-Wandler"—  Präsentation transkript:

1 Analog-Digital-Wandler
Technischer Meilenstein in der Signalverarbeitung

2 Inhalt Einführung Ablauf der Signalverarbeitung Eigenschaften
Verfahren Einsatzbeispiele Quellen Analog-Digital-Wandler für den Rasperry Pi (Einplatinencomputer)

3 Wozu benötigt man A/D- Wandler?
Prinzip der Verarbeitung analoger Signale:

4 bei der Digitalisierung wird ein elektrisches Signal in eine Zahlenfolge von Nullen und Einsen codiert die A/D-Wandler wenden dabei zahlreiche Rechnungen an, um dies umzusetzen (u.a. Fourier-Transformation)

5 Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal
Signal ist nur noch zu bestimmten Zeitpunkten definiert Abtastung Quantisierung Quantisierung Abtastung Signal ist nur noch zu bestimmten Wertgrößen definiert

6 Erstellung eines binären digitalen Signals
Codierung Was passiert in den einzelnen Schritten?

7 & 1. Vorverarbeitung des Signals Man sollte in Erfahrung bringen:
Wie hoch ist die Amplitude in dem sich das Signal maximal bewegt, damit ich das Signal im digitalen verfügbaren Bereich maximal ausnutzen kann? & In welchem Frequenzbereich bewegt sich das Signal?

8 2. Abtastung das Signal wird zu bestimmten Zeitpunkten abgetastet dies geschieht mit Abtastfrequenz, die mindestens doppelt so groß sein muss, wie die maximale Frequenz des Signals: Shannon-Abtasttheorem: Grund: damit bei der Rücktransformation des Signals keine Informationen verloren gehen und es rekonstruiert werden kann

9 3. Quantisierung die Spannungswerte im Moment der Abtastung werden in stufenförmige Zahlenwerte umgewandelt

10 4. Codierung Codierung beispielsweise mit 3 Bits

11 Auflösung des A/D- Wandlers
 sind die Anzahl der Bits, die er am Ausgang liefert Geschwindigkeit  ist die Abtastfrequenz z.B. Flash-Wandler sind zur Zeit die schnellsten (3.5 Giga Samples/ Sekunde) Samplingrate: Wie oft wird pro Sekunde abgetastet

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13 Flash-Wandler Der Eingangsspannung werden n Komparatoren zugeführt, die eine in n Stufen abgestufte Referenzspannung erhalten Die Eingangsspannung wird mit jeder der Referenzspannungen verglichen, bis sie miteinander übereinstimmen Umwandlung in binären Code

14 Flash-Wandler Ein 4 Bit Flashplayer hat z.B. 16 Komparatoren.

15 Sigma-Delta-Wandler nur die Änderungen der Monotonie des Eingangssignals werden digitalisiert monoton steigend 1 monoton fallend  0

16 Sigma-Delta-Wandler

17 Methoden Anwendung Vor-/Nachteile Flash-Wandler Oszilloskope, Zur Digitalisierung von Videosignalen, Kommunikationstechnik, Überwachungstechnik + sehr schnell / hohe Auflösung Delta-Sigma- Verfahren Kommunikationstechnik + hohe Auflösung - langsam Mehrrampenverfahren Langsame Spannungsmesser, für manuelle und automatische Messungen + unempfindlich gegen überlagernde Störungen Sukzessive Approximation Industrieelle Steuerungstechnik, zur Überwachung schneller Vorgänge - sehr störempfindlich

18 Ein Analog-Digital-Wandler ist einer der wichtigsten Grundlagen für das Computergestützte Messen.
Jetzt könnt ihr mit ein paar Fragen überprüfen, ob Ihr das grundlegende Prinzip der A/D-Wandler verstanden habt.

19 Was passiert beim Abtasten eines analogen Signals?
wertkontinuierlich  wertdiskret wertdiskret  wertkontinuierlich zeitkontinuierlich  zeitdiskret

20 2) Wie hoch sollte die Abtastfrequenz laut dem Shannon-Abtasttheorem mindestens sein?
fabtast ≥ 2 fmax

21 3) Ein A/D-Wandler hat eine Auflösung von 3 Bits
3) Ein A/D-Wandler hat eine Auflösung von 3 Bits. Wie viele Spannungsstufen hat das Signal? 000 001 010 011 100 101 110 111 8 Spannungsstufen

22 4) Welches Verfahren ist das schnellste beim Umwandeln von analogen in digitale Signale?
Flash Wandler mit 3.5 Giga Samples/ Sekunde

23 5) Beim Delta-Sigma-Wandler werden nur die Änderungen der Monotonie des Eingangssignals digitalisiert. Dabei steht die 1 für monoton steigende und die 0 für monoton fallende Bereiche des Signals.

24 https://www. uni-ulm. de/fileadmin/website_uni_ulm/iui. inst

25 Habt Ihr alles verstanden?
Gibt es noch Fragen oder Anregungen zur Diskussion?

26 Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!