ADC

Ein ADC (Analog-To-Digial-Converter) wandelt kontinuierliche Signale in diskrete Daten um, die dann auf digitalem Wege weiterverarbeitet oder gespeichert werden können. Sein Gegenstück is der DAC.

Hierbei quantisiert ein ADC ein kontinuierliches Signal in zwei Dimensionen:

In der Amplitude.
In der Zeit.

Jedes Signal wird dadurch treppenförmig "gesehen".

Die Hauptparemeter eines ADC sind:

seine Genauigkeit in Bits. Manche ADC's geben jedoch aus bestimmten Gründen mehr Bits aus, als sie an tatsächlicher Genauigkeit besitzen; daher sind die Linearitätsparameter eines ADC oft aussagekräftiger als die Anzahl ebendieser Bits;
seine Wandlungsgeschwindigkeit. Die meisten ADC's haben feste Wandlungszeiten, es gibt jedoch - abhängig vom Wandlungsverfahren - auch besondere ADC's mit variabeler Wandlungsgeschwindigkeit.

Die Hauptwandlungsverfahren von ADC's sind:

das SAR-Verfahren (SAR = successive approximation register). Hier besitzt der ADC einen DAC, einen Komarator sowie ein Steuerwerk, mit dem er das eingehende Signal mittels Intervallschachtelung einzugrenzen versucht. Für jedes Bit derartiger ADC's ist jeweils ein Clock-Zyklus vonnöten. Derartige Wandler erreichen Auflösungen von 16 Bit bei einer Datenausgangsrate von 1 MHz.
FLASH-ADC's. Diese bestehen aus einem Spannungsteiler sowie einer großen Anzahl nachgeschalteter Komparatoren und bilden die schnellsten ADC's, allerdings auf Kosten des Stromverbrauchs und der Genauigkeit, die oft nur niedrig ist. FLASH-ADC's werden oft in Video- und Ultraschallanwendungen eingesetzt und erreichen Auflösung von 10 Bit bei einer Datenausgangsrate von 50 MHz.
Hybride Wandler. Diese sind meist mehrstufige, gepipelinete ADC's mit mehreren internen SAR- und FLASH-Stufen sowie einem Korrektur-ROM, das die Kalibrierungsdaten enthält. Hier erreicht man Auflösungen von von 14 Bit bei einer Datenausgangsrate von 5 MHz.
SLOPE- oder Rampenwandler. Diese bestehen im Wesentlichen aus einem Integrator und elektronischen Schaltern und laden/entladen einen externen, hochwertigen Kondensator mittels mehrerer Zyklen. Derartige Slope-Wandler sind relativ langsam und werden oft in digitalen Voltmetern eingesetzt, da sie relativ immun gegen Rauschen sind.
Trackingwandler. Diese ähneln den Slope-Wandlern, nur werden die Rampen mittels eines Auf-/Abwärtszählers und eines nachgeschalteten DACs anstelle eines Integrators erzeugt. Oft sind die Rampen derartiger Wandler simpel und monoton; sie "fahren" dem Signal einfach nach, woraus sich erklärt, daß die Wandlungszeit derartiger ADCs vom Abstand des aktuellen Eingangssignals zum letzten gemessenen Zustand des Eingangssignals abhängt.
Modulationswandler. Diese sind die neuesten Typen von Wandler und bieten ein Optimum an Genauigkeit und Geschwindigkeit. Hier wird das Eingangssignal, das grundsätzlich verstärkt vorliegen muß, zunächst an einen kleinen Kondensator geführt, dessen Genauigkeit eine untergeordnete Rolle spielt, und auf dessen Anschlüsse aus den Eingängen des ADCs austretende Hochfrequenz mittels elektronischer Schalter moduliert wird. Der Kondensator ist lediglich vonnöten, um die vorgeschalteten Verstärker nicht zu belasten bzw. relativ langsame und rauscharme Verstärker einsetzen zu können. Das Verhalten des so modulierten Eingangssignals wird schließlich über sich im ADC befindliche digitale Filter umgerechnet und ausgegeben. Derartige Wandler erreichen praktische Auflösungen von 20 Bit bei Datenausgangsraten von über 40 kHz, was nicht selten die Qualität der zu messenden Signale weit übertrifft.