Analog-Digital-Wandler

Ein Analog-Digital-Wandler (ADC) ist eine Komponente in digitalen Audio-Signalverarbeitungsmodulen. Er tastet analoge Audio-Wellenformen mit einer definierten Abtastrate ab, quantisiert die Amplitude jedes Abtastpunkts und codiert die Werte in binäre digitale Daten, wodurch digitale Signalverarbeitung, Speicherung und Übertragung ermöglicht werden. Der ADC arbeitet, indem er das Eingangssignal in regelmäßigen Abständen abtastet, die Amplitude jedes Abtastwerts misst und den kontinuierlichen Wert durch Quantisierung und Codierung in eine diskrete digitale Zahl umwandelt. Übliche Techniken sind sukzessive Approximation, Delta-Sigma-Modulation und Flash-Konvertierung. Wichtige Parameter bei der Auswahl eines ADC sind Auflösung (12–24 Bit), Abtastrate (10–1000 kSPS), Eingangsspannungsbereich (0–5 V), Signal-Rausch-Verhältnis (70–100 dB), integrale Nichtlinearität (±0,5–±2 LSB), differentielle Nichtlinearität (±0,5–±1 LSB), Versorgungsspannung (2,7–5,5 V), Leistungsaufnahme (0,5–100 mW), Betriebstemperaturbereich (-40 bis 85 °C), Eingangsimpedanz (10–100 MΩ), Gehäusetyp (SOIC-8 bis TQFP-64) und Schnittstelle (SPI, I2C oder parallel). Das Bauteil wird typischerweise auf Silizium-Halbleiter mit Kupfer-Verbindungen und in Keramikgehäusen hergestellt. Für eine spezifische Anwendung sind modellspezifische Werte und Normen mit dem rechtlichen Hersteller oder Lieferanten zu verifizieren, da die angegebenen Bereiche nur Verzeichnisreferenzen sind und keine Leistungsgarantie darstellen. Der ADC ist eine kritische Komponente in Audiosystemen und beeinflusst direkt die Qualität des digitalisierten Audios, weshalb eine sorgfältige Auswahl für die Erfüllung der Designanforderungen unerlässlich ist.

Der ADC tastet das analoge Audiosignal mit einer festen Abtastrate ab und erfasst die Amplitude zu jedem Zeitpunkt. Jeder Abtastwert wird dann gemäß der Auflösung (z. B. 12–24 Bit) auf den nächsten diskreten Pegel quantisiert. Der quantisierte Wert wird mit Techniken wie sukzessiver Approximation, Delta-Sigma-Modulation oder Flash-Konvertierung in binäre Form codiert. Der digitale Ausgang wird über SPI, I2C oder parallele Schnittstelle übertragen. Die Abtastrate muss mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste Eingangsfrequenz, um Aliasing zu vermeiden. Die Eingangsimpedanz ist hoch (10–100 MΩ), um die Quelle nicht zu belasten. Der Umwandlungsprozess führt Quantisierungsfehler ein, die sich in den Spezifikationen für integrale und differentielle Nichtlinearität widerspiegeln. Das Gerät arbeitet mit einer Versorgungsspannung von 2,7–5,5 V und verbraucht 0,5–100 mW, abhängig von Geschwindigkeit und Auflösung.