Könnte mir jemand den Unterschied eines "normalen" ADC Wandlers und eines Sigma-Delta ADCs näher bringen? Ist das ein anderes Wandlungsverfahren als Sample-and-Hold vom ADC? Ich hab versucht das über Websuche zu ermitteln aber was da teils steht verstehe ich nicht. Evtl. kann man das ja in "einfache" Worte packen? Vielleicht auch wo man solche speziellen (?) SDADCs einsetzt und warum sie besser sind als normale... Vielen Dank :-)
Wiki zu ADCs lesen? Gibt da im Fall diverse Varianten, Delta-Sigma ist nur eine von sehr vielen....
Olli Z. schrieb: > Könnte mir jemand den Unterschied eines "normalen" > ADC Wandlers und eines Sigma-Delta ADCs näher bringen? > [...] > Ich hab versucht das über Websuche zu ermitteln aber was > da teils steht verstehe ich nicht. Evtl. kann man das ja > in "einfache" Worte packen? Wie eine PWM funktioniert weisst Du? -- Gut. Bei einer 3bit-PWM würde der Wert 0.5*fullscale so dargestellt: ...1111000011110000... Ein Sigma-Delta-DAC liefert aber: ...0101010101010101010101010101... Eine normale PWM kann den Wert 1/3*fullscale nicht exakt darstellen; die beste Näherung ist 3/8: ...1110000011100000... Ein Sigma-Delta-DAC liefert einfach: ...100100100100100100... Simpel ausgedrückt: Eine normale PWM hat einen festen, relativ langen Zyklus; deswegen können die Abweichungen vom Idealwert ziemlich groß werden. Außerdem sind nur ganze Bruchteile der Zykluslänge darstellbar. Die Sigma-Delta-Modulation versucht, eine Abweichung SOFORT auszugleichen, sobald sie größer als ein Digit geworden ist. Sie hat (außer dem Takt natürlich) keinen festen Wandlungs- zyklus; deshalb sind viel mehr (auch krumme) Verhältnisse darstellbar. 3/7 oder 11/19 sind kein Problem. Der Vorteil liegt darin, dass viel mehr und viel kürzere Impulse auftreten als bei der normalen PWM -- das bedeutet, dass die Quantisierungsverzerrungen stark zu den hohen Frequenzen hin verschoben sind und sich deshalb besser ausfiltern lassen. > Vielleicht auch wo man solche speziellen (?) SDADCs einsetzt > und warum sie besser sind als normale... Sie sind viel integrationsfreundlicher. Genau abgestufte Zeiten lassen sich mikroelektronisch viel leichter erzeugen als genau gestufte Spannungen oder Ströme. Dazu kommt, dass die Anforderungen an den Tiefpass wesentlich entspannter sind, weil Nutzsignalband und Umsetzertakt viel weiter auseinanderliegen. Wenn man hohe Auflösung bei niedrigen bis mäßigen Frequenzen braucht, ist man mit Sigma-Delta richtig -- also DC bis Audio.
Egon D. schrieb: > Ein Sigma-Delta-DAC liefert einfach: > ...100100100100100100... Ein SD-ADC arbeitet mit Pulse-Dichte-Modulation.
Tillmann schrieb: > Egon D. schrieb: >> Ein Sigma-Delta-DAC liefert einfach: >> ...100100100100100100... > > Ein SD-ADC arbeitet mit Pulse-Dichte-Modulation. Und?
Olli Z. schrieb: > Könnte mir jemand den Unterschied eines "normalen" ADC Wandlers und > eines Sigma-Delta ADCs näher bringen? Was verstehst du unter einem "normalen" Analog-to-Digital Cdonverter Wandler?
Olli Z. schrieb: > Könnte mir jemand den Unterschied eines "normalen" ADC Wandlers und > eines Sigma-Delta ADCs näher bringen? Es gibt verschiedene Arten, einen ADC aufzubauen. Ein Delta-Sigma-Wandler ist dabei eine davon, die im übrigen nicht "unnormal" ist. > Ist das ein anderes Wandlungsverfahren als Sample-and-Hold vom ADC? Sample and Hold ist kein Wandlungsverfahren. Es ist nur genau das, was der Name sagt: Eine Spannung wird zu einem bestimmten Zeitpunkt übernommen und gehalten, von einer analogen Schaltung. Das braucht man für ADCs, die eine gewisse Zeit zur Wandlung brauchen, damit sie so lange eine stabile Spannung haben. https://en.wikipedia.org/wiki/Sample_and_hold
Erstmal vielen Dank für die Erklärungsversuche! Verstanden hab ich davon aber nur einen Teil... Ja, S&H ist nur eine Vorstufe, richtig, da war ich falsch unterwegs. Ich kenne und verstehe beim AD Wandler nur die succesive approximation, also schrittweise Annäherung, die halt einfach auch ihre Zeit braucht.Da wird doch, einfach gesprochen, mittels DAC eine analoge Spannung erzeugt und mittels Komparator mit der gehaltenen Spannung des Eingangssignals verglichen und solange erhöht bis diese maximal gleich sind, richtig? Dann ist die digitale Führungsgröße des DAC gleich dem digitalen Ausgangswert des aktuellen Signals. Das mit Pulsweite und Pulsdichte... ersteres ist doch ein Verhältnis innerhalb einer Periode und letzteres die Frequenz derselben? Ich erkenne daran noch kein Wandlungsverfahren...
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Olli Z. schrieb: > Da wird doch, einfach gesprochen, mittels DAC eine analoge Spannung > erzeugt und mittels Komparator mit der gehaltenen Spannung des > Eingangssignals verglichen und solange erhöht bis diese maximal > gleich sind, richtig? Nein, der DAC legt durchaus auch eine Spannung an, die höher ist als die Spannung vom S&H. Ist die Spannung vom DAC höher, wird sie im nächsten Schritt zurück genommen. Die Anzahl der Schritte entspricht der Anzahl der Bits und bei jedem Schritt halbiert sich die Schrittweite. https://en.wikipedia.org/wiki/Successive_approximation_ADC
Olli Z. schrieb: > Ich > kenne und verstehe beim AD Wandler nur die succesive approximation, Dann kannst du dir zur Vervollständigung deines Weltbilds noch die Flash-ADCs (Parallelumsetzer) und die Zwei- (oder Mehr-)Rampen ADCs anschauen. Drei unterschiedliche Verfahren für drei unterschiedliche Anwendungsbeiete. Daneben gibt es noch Mischformen (Pipelined ADC...) und Exoten. Der Delta-Sigma nutzt ein weiteres Verfahren. Und das zu verstehen ist von den aufgelisteten Verfahren tatsächlich am anspruchsvollsten. Der Delta-Sigma hat am Eingang eine Differenzstufe (dafür steht das Delta). Hier wird von der Signalspannung jeweils +Uref oder -Uref abgezogen. Diese Differenzspannung wird dann aufintegriert (dafür steht das Summenzeichen Sigma). Immer wenn das Vorzeichen der integrierten Spannung umschaltet wird die Differenzbildung umgeschaltet (von +Uref auf -Uref oder umgekehrt), so dass der Integrator immer in Richtung Null integriert. Der Integratorausgang bleibt also aufgrund der Rückkopplung immer in der Nähe von Null. Das bedeute, dass die Spannung am Integratoreingang Gleichspannungsfrei ist (sonst würde dieser Gleichanteil im Lauf der Zeit aufintegriert und der Integratorausgang von Null weglaufen). Der Integratoreingang sieht die Spannung U_e - k_i*U_ref. Die k_i repräsentieren dabei die Bitfolge, die entscheiden, ob +U_ref oder -U_ref subtrahiert wird. Wenn das Gleichspannungsfrei ist, dann muss gelten U_e = k_i * U_ref Die Bitfolge k_i (passend über die Zeit gefiltert) gibt dir also an, wie das Verhältnis von U_ref und U_e ist. Das war jetzt nicht zu verstehen? Ok, der Delta-Sigma ADC ist tatsächlich nicht ganz einfach in ein paar Zeilen zu erklären. Vielleicht musst du doch ein Buch dazu lesen. Die wichtigsten Eigentschaften dieser Umsetzer kannst du aber auch hier mitnehmen: - der Analogteil ist wesentlich "einfacher" als bei anderen SAR-ADCs oder Flash-ADCs. Man braucht keine genau binär gewichteten Bauteile sondern nur relativ simple Analogtechnik. - man erreicht hohe Auflösungen durch die digitale Nachbearbeitung des Ein-Bit-Bitsroms k_i. Und da digitale Filter mit fortschreitender Technologieentwicklung immer günstiger werden finden sich immer mehr Anwendungsgebiete für Delta-Sigma Umsetzer, die früher anderen ADCs vorbehalten waren (z.B. hochauflösende Multimeter) - wenn man keine ganz so hohen Auflösungen braucht, kann man stattdessen höhere Datenraten bekommen. Der Analogteil bleibt dabei gleich, nur die digitale Nachbearbeitung des Bitstreams wird umgestellt. Wenn benötigt kann man durch "Umprogrammierung" des ADCs dessen Eigenschaften umstellen. Daher findest du häufig bei Delta-Sigmas im Datenblatt eine Tabelle "Effektive Auflösung (bzw. Rauschen) als Funktion der Datenrate". Man kann sich aussuchen, welcher Parameter einem wichtiger ist. - das Abtasttheorem ist unproblematisch, weil der Ein-Bit-Datenstrom sehr viel schneller abgetastet wird als die letztlich benötigte Datenrate (Oversampling) - das Rauschen lässt sich unter das Limit des Quantisierungsrauschens drücken, indem man es durch noise-shaping in Frequenzbereiche drückt, die für das eigentliche Nutzsignale nicht benötigt werden und in der digitalen Filter ohnehin unterdrückt werden. - die Summe dieser Eigenschaften hat dazu geführt, dass Delta-Sigmas bei der Entwicklung von digitalem Audio eine wesentliche Rolle gespielt haben. Heute findet man sie auch in vielen anderen Anwendungen.
Wolfgang schrieb: > Nein, der DAC legt durchaus auch eine Spannung an, die höher ist als die > Spannung vom S&H. Ist die Spannung vom DAC höher, wird sie im nächsten > Schritt zurück genommen. Die Anzahl der Schritte entspricht der Anzahl > der Bits und bei jedem Schritt halbiert sich die Schrittweite. > https://en.wikipedia.org/wiki/Successive_approximation_ADC Stimmt, es ist genau andersrum wie ich dachte, Danke für die Berichtigung! Aber vom Prinzip ist diese schrittweise Annäherung noch am einfachsten zu verstehen. Man versteht dann auch warum das relativ lange dauert und das damit auch eher nur niedrige Abtastraten erreicht werden.
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Am einfachsten zu verstehen ist der Flash-Wandler. Für jede Stufe der möglichen Digitalwerte gibt es einen Komparator.
Olli Z. schrieb: > Aber vom Prinzip ist diese schrittweise Annäherung > noch am einfachsten zu verstehen. Man versteht dann > auch warum das relativ lange dauert und das damit > auch eher nur niedrige Abtastraten erreicht werden. Das stimmt aber gar nicht. Wirklich langsam sind integrierende Umsetzen (Zwei- Flanken-Verfahren); vom Prinzip her ist Sigma-Delta auch langsam. Sukzessive Approximation mittelschnell; einige MSps sind ohne weiteres machbar. Richtig schnell sind Parallelumsetzen ("Flash"), da geht's dann bis in die Gigasamples/sec.
Achim S. schrieb: > Der Delta-Sigma nutzt ein weiteres Verfahren. Und das zu verstehen ist > von den aufgelisteten Verfahren tatsächlich am anspruchsvollsten. In der Tat! Aber Deine Ausführungen haben es mir wieder etwas verständlicher gemacht. Wenn ichs richtig kapiert habe dann liefert der DS-ADC einen kontinuierlichen 1-Bit Datenstrom, im Gegensatz zu den normalen ADCs welche mehrstellige Bit-Werte parallel liefern, aber nur taktweise, so schnell wie der ADC halt wandeln kann. Dieser 1-Bit Datenstrom wird dann von digitalen Filtern, z.B. einem DSP nachbearbeitet. Wow, digitale Filter kapier ich bis heute nicht, vielleicht liegts daran? Wie entstehen diese 1-Bit und was repräsentieren sie? Der Teil mit dem Komparator leuchtet mir noch ein. Klingt ein wenig wie ein OpAmp mit Rückkopplung. Ich schau mir jetzt nochmal ein paar Dinge dazu im Web an. Dank Deiner Infos meine ich einige Dinge jetzt schon besser verstanden zu haben. Danke!
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Olli Z. schrieb: > Wie entstehen diese 1-Bit und was repräsentieren sie? > Der Teil mit dem Komparator leuchtet mir noch ein. > Klingt ein wenig wie ein OpAmp mit Rückkopplung. Du hast meinen ersten Beitrag ganz oben gelesen und die genannten Beispiele verstanden?
Olli Z. schrieb: > Wenn ichs richtig kapiert habe dann liefert der > DS-ADC einen kontinuierlichen 1-Bit Datenstrom Der Delta-Simga Modulator liefert den 1 Bit Datenstrom. Wenn du einen vollständigen ADC hast, dann ist dort hinter dem Modulator auch noch das digitale Filter integriert sowie eine Dezimierungsstufe, die das Oversampling reduziert. Intern im ADC hast du den stark überabgetasteten 1 Bit Datenstrom, am Ausgang des ADCs dann den n Bit Datenstrom mit der deutlich geringeren Datenrate des ADCs. Olli Z. schrieb: > Wie entstehen diese 1-Bit und was repräsentieren sie? Wie oben beschrieben: sie geben an, wie häufig du auf- bzw. abintegrieren musstest (also wie häufig du -Uref bzw. +Uref vom Eingangswert abziehen musstest, damit die Differenzspannung eine Wechselspannung wird). Wenn du den 1 Bit Datenstrom mit den Werten +1 bzw. -1 darstellst, dann entspricht der Mittelwert dieses Datenstroms multipliziert mit U_ref der Eingangsspannung. Olli Z. schrieb: > digitale Filter kapier ich bis heute nicht, einer der einfachsten digitalen Filterungen ist die Mittelwertbildung. Wenn die Eingangsspannung des ADC genau 0 ist, dann läuft die Auf- und Abintegration genau symmetrisch. Im Prinzip hast du also die 1 Bitfolge +1 -1 +1 -1 +1 -1 .... Bilde den Mittelwert darüber und du bekommst 0 (entsprechend der Eingangsspannung, die 0*U_ref ist). Wenn die Eingangsspannung +U_ref/2 ist, dann muss der Delta Sigma Modulator wesentlich häufiger abintegrieren als aufintegrieren. Einfach deshalb weil das Abintegrieren langsamer läuft: da beträgt die Differenzspannung nur -U_ref * 1/2, beim Aufintegrieren beträgt sie U_ref*3/2. Die Steigung des Integratorausgangs ist also um den Faktor 3 unterschiedlich beim Auf- und Abintegrieren. Du bekommst also einen 1 Bit Datenstrom von +1 +1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 .... Bilde den Mittelwert darüber, und du hast +1/2 (weil die Eingangsspannung +1/2*U_ref ist)
Egon D. schrieb: > Olli Z. schrieb: > > Du hast meinen ersten Beitrag ganz oben gelesen und die > genannten Beispiele verstanden? Danke Egon. Leider nocht nicht so ganz... ich versuche gerade das hier gelesene mit einigen Videos und Onlinequellen in Einklang zu bringen. Mein Bild wird immer klarer, aber ich fürchte fast das mir zum vollständigen Verständnis einfach noch ein paar Grundlagen fehlen :-| Oder auch eine echte Nutzung in einem Beispiel, da das hier doch alles sehr theoretisch ist. Konkret kenne ich bislang nur zwei solcher AD-Wandler (ich nehme an "Delta-Sigma Wandler" ist dasgleiche die "Sigma-Delta Wandler" ?), einen in einem alten Digitalnetzteil und eine in einem Radio wo dieser div. Aufgaben erfüllt wie Tastenabfrage, Temperatursensor, Lenkradfernbedienung sowie div. Referenzspannungen dazu.
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Falls es noch nicht erwähnt worden ist: Delta-Simga ADCs benutzt man auch dann gern wenn der Analog-Teil vom Digital-Teil galvanisch getrennt sein muss, z.B. bei Messungen an der Netzspannung. Durch das Funktionsprinzip müssen nur 2 Signale über die Isolationsbarriere geführt werden (Clock und Data)
Olli Z. schrieb: > Konkret kenne ich bislang nur zwei solcher AD-Wandler hier gibt es noch ein paar weitere zur Auswahl https://www.digikey.de/products/de/integrated-circuits-ics/data-acquisition-analog-to-digital-converters-adc/700?k=adc&k=&pkeyword=adc&pv1523=8&FV=ffe002bc&quantity=0&ColumnSort=0&page=1&pageSize=25 Olli Z. schrieb: > ich nehme an > "Delta-Sigma Wandler" ist dasgleiche die "Sigma-Delta Wandler" Ja, die Begriffe werden beide benutzt. Auf der digikey-Seite oben war z.B. das Filterwort "Sigma Delta", bei den individuellen ADCs steht dann aber oft "Delta Sigma". Olli Z. schrieb: > und eine in einem Radio wo dieser div. > Aufgaben erfüllt wie Tastenabfrage, Temperatursensor, > Lenkradfernbedienung Ein ADC in einem Radio, der Tasten abfragt und Lenkräder fernbedient? Das sind nicht die allertypischsten Anwendungen den Delta Sigma Umsetzern. Bei einem der oben verlinkten ADCs wird folgendes Video-Tutorial bereitgestellt. Vielleicht hilft auch das dir beim Verständnis: https://www.digikey.de/en/videos/t/texas-instruments/texas-instruments-nuts--bolts-of-the-deltasigma-converter
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