Modulbeschreibung für Master of Electrical and Microsystems Engineering V12E: Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandler (ADA: A/D/A Converter)
Lernziele:A. Kenntnisse: Kenntnis der 4 wichtigsten D/A- und der 4 wichtigsten A/D-Wandler-Architekturen, der wichtigsten Kenngrößen und der einfachsten mathematischen Modelle für A/D- und D/A-Wandler, Kenntnis der Gütekriterien, Kenntnis der unterschiedlichen Rauschquellen und wie sie sich summieren.
B. Fertigkeiten: Berechnung der notwendigen Einstellungen für A/D- und D/A-Wandler, u.a. die richtige Taktung des Track- & Hold-Gliedes, die Berechnung analoger Anti-Aliasing-Filter und die Abstimmung analoger und digitaler Anti-Aliasing-Filter, Fähigkeit Rauschquellen einzeln und in ihrer Gesamtwirkung zu berechnen.
C: Kompetenzen: Der Studierende kann die unterschiedlichen A/D- und D/A-Wandler-Architekturen gemäß ihrer Vor- und Nachteile einschätzen und für eine spezielle Anwendung den richtigen Wandlertyp auswählen.
Er kennt die wichtigsten Rauschquellen, kann ihre Summe abschätzen und sie mit den geforderten Spezifikationen vergleichen. Er kann eine Gesamtspezifikation in Teilaufgaben zerlegen.
Vorkenntnisse / Voraussetzungen:
Lehrinhalte des ersten Studienabschnitts.
Inhalte:
Beispiele zur Veranschaulichung von Anforderungen an A/D- und D/A-Wandler
Einfache Simulationsmodelle für A/D- und D/A-Wandler
Quantisierung: A/D- und D/A- Wandlertypen, Architekturen und wichtige Eigenschaften
Zeitdiskretisierung: Tastung, Abstimmung analoger und digitaler Anti-Aliasing-Filter
Signal/Rausch-Abstand, begrenzende Störgrößen (Rauschquellen) bei A/D/A-Wandlern
Überabtastende A/D- und D/A-Wandler, speziell Delta-Sigma-Modulatoren
Labor: Modellierung und Simulation mit Matlab, praktischer Aufbau eines Delta-Sigma-basierten Wandlersystems mit Hilfe programmierbarer Hardware (VHDL, FPGA), Nutzung des 10-Bit SAR- ADCs im Mikrocontroller MSP430 von Texas Instruments.
Literatur:
The Data Conversion Handbook, Analog Devices, 2004
R. Lerch, Elektrische Messtechnik: Analoge, digitale und computergestützte Verfahren, Springer Verlag, 2007.
K.-D. Kammeyer, K. Kroschel, Digitale Signalverarbeitung: Filterung und Spektralanalyse mit Matlab-Übungen, Vieweg + Teubner, 2009
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J. C. Candy, G. C. Temes, 1st paper in “Oversampling Delta-Sigma Data Converters, Theory, Design and Simulation”, IEEE Press, IEEE Order #: PC0274-1, ISBN 0-87942-285-8, 1991.
S. R. Norsworthy, R. Schreier, G. C. Temes, „Delta-Sigma Data Converters“, IEEE Press, 1996, IEEE Order Number PC3954, ISBN 0-7803-1045-4.
C. A. Leme, “Oversampling Interfaces for IC Sensors”, Physical Electronics Laboratory, ETH Zurich, Diss. ETH Nr. 10416.
Lehrveranstaltungsart:
Seminaristischer Unterricht mit Praktikum Dauer:
4 Semesterwochenstunden Leistungspunkte:
5 CP gemäß ECTS
Zu erwartende work load:
120 h
14 Wochen x 4 x ¾h = 42h,
14 Wochen mal 1,5 h geschätzte häusliche Nachbearbeitung = 21 h Prüfungsvorbereitung 55,5 h, Prüfungszeit 1,5 h
Leistungsnachweis, Zulassungsvoraussetzung:
Schriftliche Klausur mit 90 min. Dauer, erfolgreiches Absolvieren der Praktika.
Hilfsmittel: Taschenrechner mit eingeschränkter Funktion(nicht programmierbar), 10 DIN-A4-Seiten eigen- handschriftliche Formelsammlung.
Dozent: Prof. Dr.-Ing. Martin J. W. Schubert
Häufigkeit des Angebots / Wiederholungsmöglichkeiten:
Die Vorlesung wird bei Bedarf im Sommer- und Wintersemester angeboten, Möglichkeit zur Prüfungsteilnahme besteht in jedem Semester
