Digital-Analog-Umsetzer

Ein Digital-Analog-Umsetzer (DAU) – auch Digital-Analog-Wandler genannt – wandelt digitale Werte in analoge Signale um. Man unterscheidet drei mögliche Methoden.

Direkte Methode (Parallel-Verfahren)

Es werden alle möglichen Ausgangswerte gleichzeitig zur Verfügung gestellt und direkt mit dem digitalen Wert über einen 1-aus-n Schalter ausgewählt. Dies ist das schnellste aber auch aufwändigste Verfahren.

Zählmethode

Diese Methode erfordert nur einen einzigen Schalter, der periodisch geöffnet und geschlossen wird. Das Tastverhältnis wird mit Hilfe des digitalen Wertes so eingestellt, dass der arithmetische Mittelwert der gesuchten Ausgangsgröße entspricht. Dieses Verfahren benötigt die größte Umsetzungszeit, lässt sich aber sehr gut als integrierte Schaltung realisieren.

Iterationsmethode (Wäge-Verfahren)

Hier wird das analoge Ausgangssignal mit Hilfe von gewichteten Widerständen erzeugt. Man benötigt so viele Schalter, wie Bits zur Darstellung der digitalen Werte verwendet werden. Dieses Verfahren bietet den besten Kompromiss aus Aufwand und Umsetzungsgeschwindigkeit.

Wandlungsfehler

Kennlinie eines DAC

Bei einem idealen Digital-Analog-Wandler besteht ein offset-freier, linearer Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße. Durch den Vergleich der Kennlinien von idealem und realem Wandler sind folgende Fehler definiert:

• Offset-Spannung:

Die Spannung, die am Ausgang des DACs anliegt, obwohl alle Wandlerbits auf Null gesetzt sind

• Verstärkungsfehler:

Die Abweichung der Ausgangsspannung des DACs von der Sollspannug bei maximalem Eingangswert.

• differentieller Nichtlinearitätsfehler:

Der Abstand zweier benachbarter Ausgangswerte sollte genausogroß sein wie der Wert zweier benachbarter Eingangswerte. Am Eingang ist dieser Wert so groß wie der kleinste darstellbare Wert. Dies ist der Wert des Least Significant Bits (LSB). Der Abstand hiervon ist der differentieller Nichtlinearitätsfehler.

$\delta NL=(U_{aus}(n)-U_{aus}(n-1))-U_{LSB}$ mit $U_{LSB}=U_{{aus}_{max}}$

• integraler Nichtlinearitätsfehler:

Das Maximum des über die gesamte Kennline gemessenen differentiellen Nichtlinearitätsfehlers. Dieser wird in Bit gemessen.

• Nicht monotone Kennlinie:

Für eine nicht monotone Kennlinie gilt, dass es innerhalb des Kurvenverlaufes Intervalle gibt, für die $U_{aus}(n)<U_{aus}(n-1)$ gilt.

Siehe auch: Analog-digital-Umsetzer