Vergleich von Digital-Analog-Wandlern
Die folgenden Digital-Analog-Wandler werden verglichen.
Die drei Digital-Analog-Wandler wurden zum Vergleich auf einem Steckboard aufgebaut.
- Der DIL-Schalter und die Widerstände gegen Masse werden für alle drei Schaltungen gemeinsam verwendet.
- Der Taktgenerator mit dem Timer-555 wird für den Puls-Weiten-DAC und den Delta-Sigmal-DAC verwendet.
Oben links befindet sich der Taktgenerator mit dem Timer-555. Für den Kondensator C1 wurden zwei Kondensatoren parallel geschaltet, damit die Periode des Pulsweiten-DAC 16 * 200µs beträgt.
Oben in der Mitte befindet sich der Pulsweiten-DAC und oben rechts der Delta-Sigmal-DAC. Der R-2R-DAC befindet sich unten rechts.
Unten in der Mitte liegt der DIL-Schalter für den Digitalwert. Links daneben liegen die RC-Glieder für die Glättung der Impulse vom Pulsweiten-DAC und Delta-Sigmal-DAC.
Die folgende Tabelle gibt die gemessen Werte der Wandler wieder. Dabei sind
| N | Soll | R-2R-DAC | PW-DAC | Δ-Σ-DAC |
| 0 | 0.000V | 0.000V | 0.000V | 0.000V |
| 1 | 0.312V | 0.311V | 0.312V | 0.312V |
| 2 | 0.624V | 0.620V | 0.624V | 0.624V |
| 3 | 0.937V | 0.932V | 0.935V | 0.936V |
| 4 | 1.249V | 1.247V | 1.247V | 1.247V |
| 5 | 1.561V | 1.559V | 1.557V | 1.559V |
| 6 | 1.873V | 1.868V | 1.871V | 1.871V |
| 7 | 2.185V | 2.181V | 2.184V | 2.183V |
| 8 | 2.497V | 2.498V | 2.495V | 2.496V |
| 9 | 2.810V | 2.804V | 2.807V | 2.808V |
| 10 | 3.122V | 3.111V | 3.119V | 3.119V |
| 11 | 3.434V | 3.438V | 3.431V | 3.431V |
| 12 | 3.746V | 3.739V | 3.743V | 3.742V |
| 13 | 4.058V | 4.043V | 4.053V | 4.052V |
| 14 | 4.370V | 4.350V | 4.364V | 4.363V |
| 15 | 4.683V | 4.658V | 4.677V | 4.675V |
Alle drei Wandler erzeugen eine analoge Spannung, die nur geringfügig von der erwarteten Spannung abweicht.
In der Tabelle sind die Spannungen mit drei Nachkommastellen angegeben, um Unterschiede erkennen zu können.
Die Werte für des Pulsweiten-DAC und des Delta-Sigmal-DAC hängen im Prinzip nicht von analogen Bauelementen ab. Der Widerstand von 10kΩ des RC-Gliedes verfälscht Messungen nur geringfügig, wenn mit einem Digitalvoltmeter gemessen wird, das einen Eingangswiderstand von 10MΩ hat.
Bemerkenswert sind die Werte des R-2R-Wandlers, der mit Widerstanden von 22kΩ und einer Toleranz von 1% aufgebaut ist.
Vergleich Pulsweiten-DAC und Delta-Sigma-DAC
Bild 2 zeigt das Oszillogramm des Ausgangs eines Pulsweiten-DAC (gelb) und eines Delta-Sigma-DAC (blau).
Die Periode des Pulsweiten-DAC beträgt 16 * 200µs. Für den Digitalwert 3 wird ein Impuls mit 3 * 200µs ausgegeben. Der Delta-Sigma-DAC gibt während einer Periode 3 Impulse mit je 200µs aus.
Es ist gut zu erkennen, dass beim Delta-Sigma-DAC die Impulse über die Periode verteilt sind, während der Pulsweiten-DAC nur einen Impuls ausgibt.
- Die Impulse der beiden Wandler sind um eine halbe Taktperiode verschoben, da der Pulsweiten-DAC mit der fallenden und der Delta-Sigma-DAC mit der steigenden Flanke des Takts angesteuert wird.
Bild 3 zeigt, dass ein Delta-Sigma-DAC nicht in allen Fällen mehr Impulse pro Periode ausgibt als ein Pulsweiten-DAC. Wenn der Digitalwert 15 ist, geben beide Wandler nur einen Impuls pro Periode aus. Dasselbe gilt für den Digitalwert 1.