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Analog-Digital-Wandler

Wägeverfahren

Beim Wägeverfahren wird nicht das ganze Ergebnis mit einem Schritt gebildet, sondern jeweils nur eine Stelle der zugehörigen Dualzahl ermittelt. Dabei beginnt man an der höchsten Stelle und stellt fest, ob die Eingangsspannung größer oder kleiner ist als die Referenzspannung für die höchste Stelle. Ist sie größer, setzt man die höchste Stelle auf Eins und subtrahiert die Referenzspannung. Den Rest vergleicht man mit der nächstniedrigeren Stelle usw. Man benötigt also so viele Vergleichsschritte, wie die Zahl Stellen besitzt und ebenso viele Referenzspannungen.

Abb.1

Im Einzelnen funktioniert das Verfahren folgendermaßen:

Die Steuerlogik setzt bei Messbeginn den Speicher S auf Null. Anschließend wird zunächst die höchste Stelle, also beim 8-Bit-Wandler d 8 , auf Eins gesetzt. Dadurch tritt am Ausgang des DA-Wandlers die folgende Spannung auf:

U k = U r e f K 2 7

Darin ist K die Übertragungskonstante des DA-Wandlers. Ist die Eingangsspannung U x größer als dieser Wert, dann muß d 8 = 1 bleiben. Ist sie kleiner, muß d 8 = 0 werden. Die Steuerlogik muss also d 8 auf Null zurücksetzen, wenn die Ausgangsvariable v des Komparators Null wird ( U x U r e f K 2 7 ).

Auf dieselbe Weise wird mit der nächstniedrigeren Stelle verglichen usw. Dabei entsteht nach 8 Abgleichschritten in dem Speicher S eine Dualzahl z, die nach der Umwandlung durch den DA-Wandler eine Spannung U k ergibt, die innerhalb der Auflösung des DA-Wandlers mit U x übereinstimmt.Damit wird U x = U ref ⋅K⋅( d 8 = ⋅d 7 +d 7 ⋅d 6 + ... +d 1 ) ⋅2 0 = U ref ⋅K⋅z , hieraus folgt dann:

z = U x K U r e f

Verwendet man entsprechend viele Dualstellen, kann man bei einem Messbereich um 1 Volt noch einige Mikrovolt anzeigen. Man muss also dafür sorgen, dass die Messspannung frei von Störspannungen dieser Größenordnung ist. Um Rauschen und Brummen zu eliminieren, schaltet man daher häufig Tiefpassfilter vor den Eingang, die den zeitlichen Mittelwert bilden.

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