A10 ADC/DAC-Wandler und digitale Signalverarbeitung

Thema

Die Umwandlung eines analogen Signals in digitale Daten erfordert in erster Linie die Einhaltung eines fundamentalen Prinzips: Die Abtastfrequenz muss mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste im Signal enthaltene Frequenz. Eine niedrigere Abtastrate führt zu falschen Frequenzen im digitalen Ausgangssignal, die im Originalsignal nicht vorhanden waren – Aliasing. Dieses Phänomen lässt sich nach seinem Auftreten nicht mehr korrigieren, da sich die falschen Frequenzen nach der Vermischung mit den tatsächlichen Frequenzen nicht mehr unterscheiden lassen.

Darüber hinaus ist die Auflösung jedes Analog-Digital-Wandlers durch die Anzahl der unterscheidbaren diskreten Pegel begrenzt. Dies führt zu einer theoretischen Grenze für das Signal-Rausch-Verhältnis, die mit der Bitauflösung des Wandlers steigt. In der Praxis ist die tatsächliche Leistung eines Wandlers aufgrund von Schaltungsfehlern – wie bereits im entsprechenden Modell dieses Katalogs beschrieben – stets etwas schlechter als diese theoretische Grenze. Daher wird zusätzlich eine „effektive“ Auflösung gemessen, die die tatsächliche Leistung zusammenfasst und genauer ist als die Nennauflösung.

Sobald das Signal digitalisiert ist, ermöglichen digitale Filter eine hochflexible Signalverarbeitung: Einige, mit endlichem Frequenzgang, garantieren, dass alle Frequenzen um exakt denselben Betrag verzögert werden – eine in der Audio- und Kommunikationstechnik hochgeschätzte Eigenschaft, analog zur Bessel-Approximation analoger Filter. Allerdings benötigen sie in der Regel mehr Rechenressourcen als Filter mit unendlichem Frequenzgang, um eine äquivalente Spezifikation zu erreichen.

Daher kehrt dieses Modul, das mit einer ausnahmslosen Abtastbedingung beginnt, zur gleichen schnellen Fourier-Transformation zurück, die bereits das Frequenzanalysemodell beschrieben hat: Sie ist das zentrale Werkzeug zur Berechnung des Frequenzgehalts eines bereits digitalisierten Signals und unterstützt so unterschiedliche Anwendungen wie digitale Audiotechnik, moderne Kommunikationstechnik, Radar und Messtechnik.

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