Digital-Analog-Wandlung: Grundlagen, ADCs und DACs

Die Integration digitaler Schaltungen mit Sensorbauteilen ist unkompliziert, wenn die Sensoren selbst digital sind – Schalter, Relais und Encoder lassen sich natürlich mit Gatterlogik verbinden, da ihre Signale binär ein/aus sind.

Treten analoge Geräte auf den Plan, wird die Schnittstelle erheblich aufwendiger. Um die Lücke zu schließen, müssen elektronische Bauteile kontinuierliche analoge Signale in diskrete digitale Werte und umgekehrt übersetzen. Ein Analog-Digital-Wandler (ADC) übernimmt die erstere, ein Digital-Analog-Wandler (DAC) die letztere Konvertierung.

In einem ADC wird ein analoges elektrisches Signal – typischerweise eine Spannung oder ein Strom – abgetastet und in eine Binärzahl quantisiert, die von digitalen Systemen verarbeitet werden kann. Die Blockdiagramm-Darstellung eines ADC ist unten gezeigt:

Umgekehrt nimmt ein DAC einen binären Eingang entgegen und synthetisiert eine entsprechende analoge Spannung oder einen Strom. Das Blockdiagramm für einen DAC ist hier illustriert:

Zusammen bieten ADCs und DACs eine vollständige Schnittstelle für digitale Systeme, die mit analogen Sensoren und Aktoren interagieren müssen. Eine häufige Anwendung findet sich in automobilen Motorsteuergeräten, wo Sensormesswerte in digitale Daten umgewandelt werden und Steuerbefehle zurück in analoge Signale zur Ansteuerung von Aktoren.

In der Praxis ist die Umwandlung eines digitalen Signals in ein analoges typischerweise einfacher als die umgekehrte Operation. Entsprechend beginnen wir mit der Untersuchung von DAC-Schaltungen, bevor wir ADC-Designs betrachten.

ZUGEHÖRIGES ARBEITSBLATT:

• Digital-zu-Analog-Wandlung Arbeitsblatt