3.2 Eingabe – Schnittstelle zwischen physischer und Cyber-Welt
151
Flash-A/D-Wandler
Diese Art von A/D-Wandlern verwendet eine große Anzahl an Komparatoren. Jeder
Komparator besitzt zwei Eingänge + und -. Wenn die Spannung am Eingang + die
Spannung am Eingang - übersteigt, entspricht der Ausgang einer logischen 1,
ansonsten einer logischen 0
Alle - -Eingänge des A/D-Wandlers sind mit einem Spannungsteiler verbunden.
Wenn die Eingangsspannung h(t) den Wert
3
4 V r e f übersteigt, erzeugt der oberste
Komparator in Abb. 3.10 (links) eine 1. Der an den Ausgängen der Komparatoren
befindliche Encoder versucht, die höchstwertige 1 zu erkennen und kodiert diesen
Fall als größtmöglichen Ausgabewert. Der Fall h(t) > V r e f sollte normalerweise
vermieden werden, da V r e f meist nahe der Versorgungsspannung der Schaltung
liegt und Eingangsspannungen größer als die Versorgungsspannung zu elektrischen
Problemen führen können. In unserem Fall erzeugen Eingangsspannungen größer als
V r e f den größten digitalen Wert, solange der Konverter nicht wegen einer zu hohen
Eingangsspannung ausfällt.
Abb. 3.10 Flash-A/D-Wandler: links: Schaltung; rechts: w als Funktion von h
Wenn nun der Wert der Eingangsspannung h(t) kleiner als
3
4 V r e f , aber noch
größer als
2
4 V r e f ist, erzeugt der oberste Komparator in Abb. 3.10 eine 0, wogegen
der folgende Komparator immer noch eine 1 signalisiert. Der Encoder wird dies
als den zweitgrößten Wert darstellen.
Entsprechend verhält es sich für die Fälle
1
4 V r e f < h(t) <
2
4 V r e f und 0 < h(t) <
1
4 V r e f , die als drittgrößter bzw. kleinster Wert dargestellt werden. Abb. 3.10 (rechts)
zeigt das Verhältnis zwischen Eingangsspannungen und erzeugten digitalen Werten.
Die Ausgänge des Komparators stellen Werte auf eine besondere Art dar. Wenn
der Ausgang eines bestimmten Komparators den Wert 1 hat, dann sind auch alle
niederwertigen Ausgänge gleich 1. Der Encoder übersetzt diese Zahlendarstellung in die gewohnte Darstellung natürlicher Zahlen. Dieser Encoder ist damit ein
3 In der Praxis ist der Fall gleicher Spannungen nicht relevant, da das tatsächliche Verhalten für
sehr kleine Spannungsunterschiede an den beiden Eingängen noch von vielen weiteren Faktoren
abhängt (wie z.B. der Temperatur und dem Herstellungsprozess).
h(t)
w(t)
V ref
ref
V
V ref
V ref
_
4
3
2
4
_
1
4
_
-
+
R
R
R
R
+
-
+
-
Digitale
Ausgänge
Encoder
Komparatoren
1
w
0
h
V ref
V ref
2
151
Flash-A/D-Wandler
Diese Art von A/D-Wandlern verwendet eine große Anzahl an Komparatoren. Jeder
Komparator besitzt zwei Eingänge + und -. Wenn die Spannung am Eingang + die
Spannung am Eingang - übersteigt, entspricht der Ausgang einer logischen 1,
ansonsten einer logischen 0
Alle - -Eingänge des A/D-Wandlers sind mit einem Spannungsteiler verbunden.
Wenn die Eingangsspannung h(t) den Wert
3
4 V r e f übersteigt, erzeugt der oberste
Komparator in Abb. 3.10 (links) eine 1. Der an den Ausgängen der Komparatoren
befindliche Encoder versucht, die höchstwertige 1 zu erkennen und kodiert diesen
Fall als größtmöglichen Ausgabewert. Der Fall h(t) > V r e f sollte normalerweise
vermieden werden, da V r e f meist nahe der Versorgungsspannung der Schaltung
liegt und Eingangsspannungen größer als die Versorgungsspannung zu elektrischen
Problemen führen können. In unserem Fall erzeugen Eingangsspannungen größer als
V r e f den größten digitalen Wert, solange der Konverter nicht wegen einer zu hohen
Eingangsspannung ausfällt.
Abb. 3.10 Flash-A/D-Wandler: links: Schaltung; rechts: w als Funktion von h
Wenn nun der Wert der Eingangsspannung h(t) kleiner als
3
4 V r e f , aber noch
größer als
2
4 V r e f ist, erzeugt der oberste Komparator in Abb. 3.10 eine 0, wogegen
der folgende Komparator immer noch eine 1 signalisiert. Der Encoder wird dies
als den zweitgrößten Wert darstellen.
Entsprechend verhält es sich für die Fälle
1
4 V r e f < h(t) <
2
4 V r e f und 0 < h(t) <
1
4 V r e f , die als drittgrößter bzw. kleinster Wert dargestellt werden. Abb. 3.10 (rechts)
zeigt das Verhältnis zwischen Eingangsspannungen und erzeugten digitalen Werten.
Die Ausgänge des Komparators stellen Werte auf eine besondere Art dar. Wenn
der Ausgang eines bestimmten Komparators den Wert 1 hat, dann sind auch alle
niederwertigen Ausgänge gleich 1. Der Encoder übersetzt diese Zahlendarstellung in die gewohnte Darstellung natürlicher Zahlen. Dieser Encoder ist damit ein
3 In der Praxis ist der Fall gleicher Spannungen nicht relevant, da das tatsächliche Verhalten für
sehr kleine Spannungsunterschiede an den beiden Eingängen noch von vielen weiteren Faktoren
abhängt (wie z.B. der Temperatur und dem Herstellungsprozess).
h(t)
w(t)
V ref
ref
V
V ref
V ref
_
4
3
2
4
_
1
4
_
-
+
R
R
R
R
+
-
+
-
Digitale
Ausgänge
Encoder
Komparatoren
1
w
0
h
V ref
V ref
2