da\ad-umsetzung

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

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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!