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3 Hardware eingebetteter Systeme
sogenannter „Prioritätsencoder”, der den höchstwertigen Eingang darstellt, der eine
binäre 1 enthält4.
Die Schaltung wandelt positive analoge Eingangsspannungen in digitale Werte
um. Das Konvertieren sowohl positiver wie auch negativer Eingangsspannungen
und die entsprechende Erzeugung von Zweierkomplementzahlen erfordert einige
Erweiterungen.
Flash-A/D-Wandler sind automatisch monoton. Das bedeutet, dass für eine von
0 bis zum Maximum ansteigende Spannung die entsprechenden Digitalwerte auch
garantiert ansteigen. Diese Eigenschaft bleibt selbst dann erhalten, wenn der reale
Widerstandswert vom nominellen abweichen sollte. Allerdings hätte eine solche
Abweichung einen Einfluss auf die Genauigkeit der Wandlung.
Leider bildet die Widerstandskette einen elektrisch leitenden Pfad selbst in solchen Phasen, in denen der Wandler unbenutzt ist. Deshalb ist der Wandler in der
Regel nicht für stromsparende Schaltungen geeignet.
Allgemein werden A/D-Wandler durch ihre Auflösung gekennzeichnet. Dieser
Begriff hat verschiedene miteinander verwandte Bedeutungen [15]. Die Auflösung
(gemessen in Bits) ist die Anzahl an Bits, die ein A/D-Wandler erzeugt. Beispielsweise werden für viele Audioanwendungen A/D-Wandler mit einer Auflösung von
16 Bit benötigt. Die Auflösung wird aber auch in Volt angegeben, in diesem Fall
kennzeichnet sie den Abstand, der zwischen zwei Eingangsspannungen vorhanden
sein muss, damit die Ausgabe um 1 inkrementiert wird:
Q =
V F SR
n
(3.9)
mit:
Q : Auflösung in Volt pro Schritt,
V F SR : Differenz zwischen größter und kleinster Spannung und
n : Anzahl der Spannungsintervalle (nicht Anzahl der Bits).
Beispiel 3.3: Der A/D-Wandler aus Abb. 3.10 besitzt eine Auflösung von 2 Bit oder
1
4 V re f Volt, wenn wir V r e f als größten Wert annehmen.
∇
Der entscheidende Vorteil von Flash-A/D-Wandlern ist ihre Geschwindigkeit. Sie
benötigen keinerlei Takt. Die Verzögerung zwischen Eingabe und Ausgabe ist gering
und die Schaltung kann z.B. einfach für Hochgeschwindigkeits-Videoanwendungen
eingesetzt werden. Der Nachteil ist die Komplexität der Hardware: wir benötigen
n−1 Komparatoren, um zwischen n Werten unterscheiden zu können. Stellen Sie sich
vor, diese Schaltung würde verwendet, um digitale Audiosignale für CD-Recorder
zu erzeugen. Wir würden 2 16 − 1 Komparatoren benötigen! Hochauflösende A/DWandler müssen daher anders konstruiert sein.
4 Solche Encoder sind auch dabei nützlich, die höchstwertige 1 in der Mantisse einer Gleitkommazahl zu finden.
3 Hardware eingebetteter Systeme
sogenannter „Prioritätsencoder”, der den höchstwertigen Eingang darstellt, der eine
binäre 1 enthält4.
Die Schaltung wandelt positive analoge Eingangsspannungen in digitale Werte
um. Das Konvertieren sowohl positiver wie auch negativer Eingangsspannungen
und die entsprechende Erzeugung von Zweierkomplementzahlen erfordert einige
Erweiterungen.
Flash-A/D-Wandler sind automatisch monoton. Das bedeutet, dass für eine von
0 bis zum Maximum ansteigende Spannung die entsprechenden Digitalwerte auch
garantiert ansteigen. Diese Eigenschaft bleibt selbst dann erhalten, wenn der reale
Widerstandswert vom nominellen abweichen sollte. Allerdings hätte eine solche
Abweichung einen Einfluss auf die Genauigkeit der Wandlung.
Leider bildet die Widerstandskette einen elektrisch leitenden Pfad selbst in solchen Phasen, in denen der Wandler unbenutzt ist. Deshalb ist der Wandler in der
Regel nicht für stromsparende Schaltungen geeignet.
Allgemein werden A/D-Wandler durch ihre Auflösung gekennzeichnet. Dieser
Begriff hat verschiedene miteinander verwandte Bedeutungen [15]. Die Auflösung
(gemessen in Bits) ist die Anzahl an Bits, die ein A/D-Wandler erzeugt. Beispielsweise werden für viele Audioanwendungen A/D-Wandler mit einer Auflösung von
16 Bit benötigt. Die Auflösung wird aber auch in Volt angegeben, in diesem Fall
kennzeichnet sie den Abstand, der zwischen zwei Eingangsspannungen vorhanden
sein muss, damit die Ausgabe um 1 inkrementiert wird:
Q =
V F SR
n
(3.9)
mit:
Q : Auflösung in Volt pro Schritt,
V F SR : Differenz zwischen größter und kleinster Spannung und
n : Anzahl der Spannungsintervalle (nicht Anzahl der Bits).
Beispiel 3.3: Der A/D-Wandler aus Abb. 3.10 besitzt eine Auflösung von 2 Bit oder
1
4 V re f Volt, wenn wir V r e f als größten Wert annehmen.
∇
Der entscheidende Vorteil von Flash-A/D-Wandlern ist ihre Geschwindigkeit. Sie
benötigen keinerlei Takt. Die Verzögerung zwischen Eingabe und Ausgabe ist gering
und die Schaltung kann z.B. einfach für Hochgeschwindigkeits-Videoanwendungen
eingesetzt werden. Der Nachteil ist die Komplexität der Hardware: wir benötigen
n−1 Komparatoren, um zwischen n Werten unterscheiden zu können. Stellen Sie sich
vor, diese Schaltung würde verwendet, um digitale Audiosignale für CD-Recorder
zu erzeugen. Wir würden 2 16 − 1 Komparatoren benötigen! Hochauflösende A/DWandler müssen daher anders konstruiert sein.
4 Solche Encoder sind auch dabei nützlich, die höchstwertige 1 in der Mantisse einer Gleitkommazahl zu finden.