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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik D/A Wandlung


Autor: Hi (Gast)
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Hallo,

ich habe digitale Daten D/A gewandelt. Jetzt sehe ich noch die Stufen im 
analogen Signal. Was hat das zu bedeuten? Sind noch hochfrequente 
Anteile im Signal vorhanden? Würde es helfen vor oder nach dem D/A 
Wandler ein Filter einzubauen?

Danke für Eure Hilfe.

Autor: Gast (Gast)
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Die "Stufen" sind normal. Ein Tiefpaß nach dem D/A-Wandler würde helfen. 
Falls er Dein Nutzsignal zu stakt beeinträchtigt: schneller wandeln 
und/oder mit höherer Auflösung.

Autor: Matthias (Gast)
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...Sind noch hochfrequente
Anteile im Signal vorhanden...

Ja, sonst gäbe es diese Stufen nicht.
Die hochfrequenten Anteile ist exakt die PWM-Frequenz.

Du müsstest jetzt nach dem D/A-Wandler einen Tiefpassfilter einsetzen, 
auch als Anti-Aliasing-Filter bezeichnet (google mal danach). 
Idealerweise hat dieser Tiefpass eine Grenzfrequenz von kleiner (gleich) 
der halben PWM-Frequenz (also der Kehrwert der Stufenlänge, dann durch 
zwei)...

Vor dem (zurück)wandeln nach analog filtern bringt bzgl der Stufen nix. 
Weil du ja immer nur zu gewissen Zeiten neue Werte ausgibst. Und diese 
Werte haben ja auch eine (endliche) Auflösnung, zB 8bit.

Autor: Hi (Gast)
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Kann man auch einen digitalen Filter vor der D/A Wandlung einsetzen?
Grenzfrequenz halbe Abtastrate.
Müsste doch auch funktionieren, oder?

Danke

Autor: Matthias (Gast)
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...ann man auch einen digitalen Filter vor der D/A Wandlung einsetzen?
Grenzfrequenz halbe Abtastrate...

Nein. Weil die PWM Frequenz bei Zurückwandeln wieder in das Signal 
kommt.
Der filter vorher nützt nichts, weil dort sowieso KEINE Signale größer 
als die halbe Abtastfrequenzvorkommen sollten. Wenn du das Signal mit 
nem A/D-Wandler von einer anaolgen Quelle sampelst.

Generierst du das digitale Signal in irgendeiner Form selbst (zB 
Programm, welches ein SInus erzeugt), so sollte deine PWM-Frequenz 
mindestens doppelt (theoretischer Wert, bei sowas ist wohl größer 
fünffach besser) so groß sein, wie zu erzeugende Sinusfrequenz. Nur 
dadurch ist garantiert, dass das Signal ordentlich und vollständig 
rekonstruiert werden kann.
Stichwort: Abtasttheorem (von Shannon)

Autor: Obelix (Gast)
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@Matthias
ich lese bei dem Ursprungsposter nichts von PWM.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Ich sehe auch keinen Zusammenhang zwischen "hochfrequenten Anteilen" im 
Analogsignal und der PWM-Frequenz, selbst wenn denn eine PWM vorhanden 
wäre...

Dass ein Analog-Signal, das von einem D/A-Wandler ausgegeben wird, 
Stufen hat, ist völlig normal (deshalb habe ich die Frage anfangs nicht 
ganz ernst genommen...). Es war schließlich vorher digital und deshalb 
nicht stetig. Und das kann auch ein D/A-Wandler nicht eliminieren. 
Glätten über Kondensatoren kann was bringen, kann aber auch unerwünschte 
Nebeneffekte haben, v.a. dann, wenn das auszugebende Signal 
Wechselanteile bzw. schnelle Änderungen enthält. Die minimale Höhe der 
Sprünge in der Ausgangsspannung hängt vom Spannungsbereich und der 
Auflösung des DAC ab. Hat der DAC einen Spannungsbereich von z.B. 10 V 
und eine Auflösung von 8 Bit, dann sind die Quantisierungsschritte ca. 
40 mV groß...

Autor: Matthias (Gast)
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@ Obelix (Gast):

Ja, stimmt.
mit PWM-Frequenz meine ich nur die Frequenz, mit der der DA-Wandler 
"befeuert" wird. also die Samplingfrequenz. Der Begriff "PWM-Frequenz" 
ist dort falsch. Mein geschilderter Sachverhalt bleibt aber (mit neuem 
Begriff) richtig

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Matthias wrote:
> @ Obelix (Gast):
>
> Ja, stimmt.
> mit PWM-Frequenz meine ich nur die Frequenz, mit der der DA-Wandler
> "befeuert" wird. also die Samplingfrequenz. Der Begriff "PWM-Frequenz"
> ist dort falsch. Mein geschilderter Sachverhalt bleibt aber (mit neuem
> Begriff) richtig
Naja, die hochfrequenten Anteile im Signal werden am ehesten durch die 
Steilheit des DAC (sprich: die Steilheit der Stufen) und die höhe 
transienter Änderungen bestimmt...

BTW: Wenn Du Deine Zitate auch mit Zitatzeichen (">") versehen könntest, 
anstatt mit "...", wären Deine Postings deutlich übersichtlicher...

Autor: hi (Gast)
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Hi,

ich habe nochmals ein paar Fragen. Ich habe mir digitale Werte in Matlab 
generiert. Pro Periode dieses Signal habe ich immer mehr als 2 
Abtastwerte. Somit müsste das Nyquist Kriterium erfüllt sein. Ist das 
richtig?
Dieses Signal möchte ich nun anschließend wieder D/A wandeln. Dabei kann 
ich am Ausgang des D/A Wandlers eine starke Stufung erkennen. D/A 
Wandler wird mit 10 MHz Taktrate betrieben. Auflösung 14 Bit ohne 
Vorzeichen. (Texas Instruments).

Wenn ich jetzt nach dem D/A Wandler eine Glättungsfilter mit 5 MHz 
Grenzfrequenz einsetze, sind dann die Stufen verschwunden?
Was hat das für Nachteile?


Was würde passieren, wenn der D/A Wandler mit 100 Mhz betrieben würde. 
Würde es dann ausreichen wenn das Glättungsfilter eine Grenzfrequenz von 
50 MHz hätte?

Danke für Eure Hilfe.

Autor: Andreas Schwarz (andreas) (Admin) Benutzerseite Flattr this
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hi wrote:
> ich habe nochmals ein paar Fragen. Ich habe mir digitale Werte in Matlab
> generiert. Pro Periode dieses Signal habe ich immer mehr als 2
> Abtastwerte. Somit müsste das Nyquist Kriterium erfüllt sein. Ist das
> richtig?

Jein; wenn dein Signal ein reiner Sinus ist, dann stimmt das. Wenn das 
Signal allerdings auch höherfrequente Anteile hat, dann nicht mehr 
unbedingt.

> Wenn ich jetzt nach dem D/A Wandler eine Glättungsfilter mit 5 MHz
> Grenzfrequenz einsetze, sind dann die Stufen verschwunden?
> Was hat das für Nachteile?

Dass dein Filter immer einen gewissen Anteil des Nutzsignals dämpft und 
einen gewissen Anteil des Störsignals durchlässt, weil es nicht beliebig 
steilflankig sein kann. Um die Anforderungen an die Flankensteilheit zu 
reduzieren kann man mit höherer Rate wandeln:

> Was würde passieren, wenn der D/A Wandler mit 100 Mhz betrieben würde.
> Würde es dann ausreichen wenn das Glättungsfilter eine Grenzfrequenz von
> 50 MHz hätte?

Ja, und es muss keine großen Anforderungen erfüllen: alles unterhalb von 
5 MHz durchlassen, alles oberhalb von 50 MHz sperren. Die Voraussetzung 
ist allerdings dass man vorher eine digitale Filterung macht, sonst hat 
man trotz höherer Abtastrate die selben Stufen im Signal.

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