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3 Hardware eingebetteter Systeme
Fließband-A/D-Wandler
Diese Wandler bestehen aus einer Folge von Stufen, von denen jede für die Wandlung von einigen wenigen Bits zuständig ist (siehe Abb. 3.13). Jede Stufe leitet die
Ausrichtung und Kombination der Daten
Digitaler Ausgang
Stufe k
k
B Bits
Stufe 2
Stufe 1
... LSB
MSB ...
k
2
1
in
V
res2
V
res1
V
2
B Bits
1
B Bits
(B + B + ... + B ) Bits
Abb. 3.13 Fließband-A/D-Wandler [292]
Differenz (den nicht gewandelten Rest) zwischen dem Eingangswert und der analogen Darstellung des erzeugten Digitalwertes an die nächste Stufe (sofern vorhanden)
weiter. Beispielsweise könnte jede Stufe ein einzelnes Bit wandeln und die entsprechende Spannung von der Eingangsspannung abziehen. Die resultierende Spannung
würde typischerweise wieder mit einem Faktor von zwei skaliert werden (um kleine
Spannungen zu vermeiden) und an die nächste Stufe weitergeleitet werden. Üblicherweise enthält jede Stufe einen Flash-A/D-Wandler für einige wenige Bits und einen
D/A-Wandler zur Berechnung der zu subtrahierenden Spannung. Die resultierenden
Digitalwerte müssen zeitlich korrekt zugeordnet werden. Der Hardwareaufwand für
diese Wandlung wächst linear mit der Anzahl der Bits. Es kann ein guter Durchsatz
erzielt werden, aber die Latenzzeit ist größer als für Flash-A/D-Wandler.
Andere Wandler
Integrierende Wandler benutzen (mindestens) zwei Phasen für die Messung. Während der ersten Phase der Länge t 1 wird das Integral der Eingangsspannung über
der Zeit berechnet6. Für konstante Eingangsspannungen ist der resultierende Wert
V out proportional zur Eingangsspannung (V out ∼ V in ∗ t 1 ). Während der zweiten
Phase wird dieser Wert mit einer konstanten Rate reduziert und es wird mit einem
Zähler gemessen, wie lange es dauert, bis der Wert 0 erreicht wird. Der erreichte
Zählerstand ist proportional zur Eingangsspannung. Ein Vorteil der Schaltung liegt
darin, dass ein ggf. vorhandenes Eingangsrauschen während der Integrationsphase
mit hoher Wahrscheinlichkeit herausgemittelt wird. Aufgrund dieser Unterdrückung
6 Dies kann mit einem Kondensator in der Rückkopplungsschleife eines Operationsverstärkers
(siehe Seite 429) gemacht werden.
3 Hardware eingebetteter Systeme
Fließband-A/D-Wandler
Diese Wandler bestehen aus einer Folge von Stufen, von denen jede für die Wandlung von einigen wenigen Bits zuständig ist (siehe Abb. 3.13). Jede Stufe leitet die
Ausrichtung und Kombination der Daten
Digitaler Ausgang
Stufe k
k
B Bits
Stufe 2
Stufe 1
... LSB
MSB ...
k
2
1
in
V
res2
V
res1
V
2
B Bits
1
B Bits
(B + B + ... + B ) Bits
Abb. 3.13 Fließband-A/D-Wandler [292]
Differenz (den nicht gewandelten Rest) zwischen dem Eingangswert und der analogen Darstellung des erzeugten Digitalwertes an die nächste Stufe (sofern vorhanden)
weiter. Beispielsweise könnte jede Stufe ein einzelnes Bit wandeln und die entsprechende Spannung von der Eingangsspannung abziehen. Die resultierende Spannung
würde typischerweise wieder mit einem Faktor von zwei skaliert werden (um kleine
Spannungen zu vermeiden) und an die nächste Stufe weitergeleitet werden. Üblicherweise enthält jede Stufe einen Flash-A/D-Wandler für einige wenige Bits und einen
D/A-Wandler zur Berechnung der zu subtrahierenden Spannung. Die resultierenden
Digitalwerte müssen zeitlich korrekt zugeordnet werden. Der Hardwareaufwand für
diese Wandlung wächst linear mit der Anzahl der Bits. Es kann ein guter Durchsatz
erzielt werden, aber die Latenzzeit ist größer als für Flash-A/D-Wandler.
Andere Wandler
Integrierende Wandler benutzen (mindestens) zwei Phasen für die Messung. Während der ersten Phase der Länge t 1 wird das Integral der Eingangsspannung über
der Zeit berechnet6. Für konstante Eingangsspannungen ist der resultierende Wert
V out proportional zur Eingangsspannung (V out ∼ V in ∗ t 1 ). Während der zweiten
Phase wird dieser Wert mit einer konstanten Rate reduziert und es wird mit einem
Zähler gemessen, wie lange es dauert, bis der Wert 0 erreicht wird. Der erreichte
Zählerstand ist proportional zur Eingangsspannung. Ein Vorteil der Schaltung liegt
darin, dass ein ggf. vorhandenes Eingangsrauschen während der Integrationsphase
mit hoher Wahrscheinlichkeit herausgemittelt wird. Aufgrund dieser Unterdrückung
6 Dies kann mit einem Kondensator in der Rückkopplungsschleife eines Operationsverstärkers
(siehe Seite 429) gemacht werden.