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A-D Wandler dienen der digitalen Signalverarbeitung

Bei einem A-D Wandler handelt es sich um eine Schaltung, die analoge Spannungswerte in digitale Signale umwandelt. Das ist nötig, da die meisten Sensoren ein analoges Spannungssignal ausgeben. Will man dieses in einem Mikrocontroller weiterverarbeiten oder mit Hilfe eines Computers auswerten, muss es aber in digitaler Form vorliegen.

A-D Wandler werden aufgrund ihrer komplexen Schaltungsarchitektur als integrierte Schaltkreise (IC) hergestellt und sind ein Standardbauteil in der Elektronik. Oft sind sie daher schon in Mikrocontrollern oder Messkarten für den PC enthalten.

Was ist der Unterschied zwischen digital und analog?

Ein analoges Signal ist kontinuierlich und stufenlos, das bedeutet, dass jedem noch so kleinen Zeitraum ein konkreter Wert zugeordnet werden kann. Ein digitales Signal dagegen ist abgestuft und diskret. Das heißt, nur in bestimmten, zeitlich definierten Abständen existiert ein Wert. Dieser ist ebenfalls gestuft, beispielsweise in ganze Zahlen ohne Kommastellen. Diese Größe wird in Bit-Form weitergereicht, so kann etwa ein 8-Bit Signal Werte zwischen 0 und 255 annehmen. Vereinfacht kann man sagen, dass ein analoges Signal eine durchgängige Linie ist, während das digitale Signal eine Abfolge von einzelnen Punkten ist. Wie dicht diese beieinander liegen, hängt von der Qualität des A-D Wandlers ab.

A-D Wandler und wichtige Größen

Das wichtigste Kriterium für die Digitalisierung, auch Quantisierung genannt, ist die Auflösung. Diese wird in Bit angegeben und beschreibt, in wie viele Stufen das analoge Signal aufgeteilt werden kann. Ist die Auflösung zu niedrig, sind die Sprünge zwischen den einzelnen Werten zu groß und das digitale Signal ist ungenau oder sogar unbrauchbar. Eine zu hohe Auflösung gibt es nicht, allerdings können sich hier unnötige Nachteile bei den Kosten ergeben. Typische A-D Wandler besitzen eine Auflösung zwischen 1 Bit und 24 Bit.
Die zweite wichtige Größe ist die Abtastfrequenz. Diese sagt aus, wie oft pro Sekunde das analoge Signal erfasst und in einen konkreten digitalen Wert umgesetzt wird. Dabei ist darauf zu achten, dass diese Frequenz mindestens doppelt so groß ist wie die höchste Frequenz des analogen Signals. Ist das nicht der Fall, nimmt der A-D Wandler nicht mehr jeden relevanten Punkt des analogen Signals wahr und die Digitalisierung wird ungenau und fehlerhaft.

Die richtige Auswahl des A-D Wandlers

Bei der Entscheidung für einen A-D Wandler sollten viele Faktoren berücksichtigt werden. Zum einen sollte man sich überlegen, wie viele Ein- und Ausgänge man braucht. Ist es nötig ein Signal direkt umzusetzen oder muss eine Differenz aus zwei Signalen gebildet werden? Ist es wichtig, dass der A-D Wandler schnell ist, oder soll er eine gute Auflösung haben? Wie viel Leistung darf mein A-D Wandler maximal aufnehmen, oder erwärmt er sich zu stark? All diese wichtigen Größen stehen in den Datenblättern, die zu jedem einzelnen A-D Wandler zur Verfügung stehen.