Bei den A/D-Wandlern gibt es unglaublich viele nicht mehr, oder gerade so verfügbare Bauteile. Offenbar scheinen sich Kunden und Hersteller nicht auf eine Hand voll “Klassiker” einigen zu können. Moderne Modelle haben die Tendenz, zu unangenehmer Bauform und merkwürdigen Spannungen für die Versorgung.
Der MCP3201 verbindet eine Auflösung von 12 Bit mit 100 kS/s (Kilo-Samples-pro-Sekunde) Abtastrate zu einem vergleichsweise niedrigem Preis. Außerdem kommt er in üblichen Gehäusebauformen. Diese Kombination macht ihn zum Mittel der Wahl bei Mikrocontroller-Projekten, die keine speziellen Ansprüche an Genauigkeit, oder Geschwindigkeit stellen.
Der AD9220 setzt eine analoge Spannung in einen 12 Bit umfassenden digitalen Wert um.
Nachteile:
Der AD922 eignet sich, um Messwerte mit recht hoher Bandbreite und annehmbarer Auflösung zu erfassen. Viel schneller geht es eigentlich nur mit Wandlern, die speziell für Oszilloskope entwickelt wurden. Diese arbeiten intern parallel und brauchen dafür viel Siliziumfläche und sind dadurch gut zwei Größenordnungen teurer.
Der BROKEN-LINK:ADS5805 LINK-BROKEN bildet einen Spannungsbereich von ±20 V auf immerhin 16 Bit ab. Damit kann er etwa eine Größenordnung kleinere Schwankungen auflösen als die 12-Bit-Wandler. Im Gegenzug ist er etwa eine Größenordnung langsamer.
Nachteile:
Eine pinkompatible Alternative, die noch einmal ein Drittel teurer ist, ist der BROKEN-LINK:AD976LINK-BROKEN.
Der BROKEN-LINK:TLC7528LINK-BROKEN ist ein Klassiker, der 8 Bit breite Digital-Worte in einen analogen Wert umsetzt.
Nachteile:
Der direkte Zugang zum Referenz-Eingang erlaubt einige interessante Anwendungen, wie die Beschaltung als analoge Multiplikator, oder als digital einstellbarer Filter, digital einstellbarer Fenster-Detektor. Siehe dazu das BROKEN-LINK:Datenblatt von Texas InstrumentsLINK-BROKEN
Der MCP4921 ist mit 12 Bit schon ein Stück genauer und vor allem schneller als die DA-Ausgänge, die die meisten Mikrocontroller direkt integriert haben. Da er in der Maker-Szene recht beliebt finden sich im Internet reichlich erprobte Programmierbeispiele für den ATMega.
Auch dieser Baustein kann als Multiplikator betrieben werden. In dem Fall liegt die analoge Bandbreite bei etwa 450 kHz.
Der MCP4726 wird seriell mit dem I2C-Protokoll angesteuert. Das hat den Vorteil, dass man mehrere Wandler hintereinander an denselben Bus hängen kann.
Der AD5662 eignet sich mit 16 Bit Auflösung für Anwendungen, deren Ausgang besonders genau gesetzt werden soll.
Nachteile:
Der AD588
Nachteile:
Digital einstellbare Potentiometer sind nahe Verwandte der AD-Wandler. Mit ihnen kann die digitale Welt direkt in eine analoge Schaltung eingreifen. Das ist besonders für Verstärker und Regler nützlich. Die vielen digitalen Geräten in unserer analogen Welt sind ein Markt, den die Komponentenhersteller mit einer Vielfalt an unterschiedlichen Modellen bedienen. Anders als etwa bei den Operationsverstärkern, sind die digitalen Potentiometer leider nicht untereinander austauschbar. Man kann nicht nachträglich auf ein anderes Modell umschwenken. Außerdem nehmen Eigenschaften, wie etwa das Kommunikationsprotokoll einen deutlichen Einfluss auf die Ausführung des Projekts. Das macht die Entscheidung für ein bestimmtes Modell gleichzeitig wichtiger und schwieriger.
Hier eine Wunschliste für den Einsatz in Reglern und Sensoren in Experimenten
Der Wunsch nach einem symmetrischen analogen Spannungbereich schränkt die Auswahl schon deutlich ein. Zum Beispiel fallen damit alle BROKEN-LINK:Digital-Potentiometer von Texas Instruments LINK-BROKEN heraus. Wenn man zusätzlich eine dauerhafte Speicherung in EEPROM wünscht, schränkt sich das Angegot von Microchip auf Null ein und von Analog Devices nur Modelle mit +/-2.75 V. Im Katalog von Intersil gibt es einige Modelle, die +/- 5 V, oder sogar mehr erlauben.
Einige, aber nicht alle dieser Modelle arbeiten dabei intern mit Ladungspumpen (charge pump). Das führt zu Störungen auf dem Signal in Höhe von einigen mV bei der Betriebsfrequenz von 850 kHz und harmonischen davon. Dieser Frequenz ist zwar ein gutes Stück oberhalb der Bandbreite des Potentiometers. Im Zusammenhang mit der Messung von schwachen Signalen möchte man dennoch solche Schalttechnik möglichst vermeiden.
Wenn man auf dauerhafte Speicherung verzichtet, gibt es das eine, oder andere Modell, bei dem mehr als +/- 12 V Spannungshub auf den analogen Signalen erlaubt sind (Stand Frühjahr 2017):
Ebenfalls ohne dauerhafte Speicherung gibt es von Maxim digitale Potentiometer, die schneller als logarithmisch ansteigen:
BROKEN-LINK:HierLINK-BROKEN wird gezeigt, wie man mit einem einfachen Widerstand bei einem linearen digitalem Poti eine in etwa logarithmisch eingestellte Verstärkung erreicht. Leider funktioniert dieser Trick nicht bei allen Schaltungen. Denn beim Verstellen des Abgriffs verändert sich der effektive Gesamtwert des Spannungsteilers.
Hier führt Analog-Devices vor, wie man bei der Verstellung der Verstärkung Sprünge und Ausreißer vermeidet. Dazu wird mit der Verstellung gewartet, bis das Signal einen Nulldurchgang macht.
Zähler mit parallelem Ausgang eignen sich, um Frequenzen zu teilen. Besonders leicht fällt das bei Potenzen von Zwei. Dann fällt die geteilte Frequenz direkt an einem Pin an. Es gibt aber auch Dezimalzähler (74HC163) und Bausteine, die die Teilung durch beliebige ganzzahlige Faktoren erlauben (ICS674). Anders als die 74-Reihe sind das allerdings schon ausgesprochene Exoten mit entsprechenden Preisen und Beschaffungsunsicherheiten.
In der Reihe der 74er-Bausteine gibt es Zähler für vier, acht und 12 Bit. Diese Zähler funktionieren bis zu einigen zig MHz. Für höhere Frequenzen, oder speziellere Aufgaben sollte man über programmierbare Logik in Form von FPGAs nachdenken.
Der 74HC161 ist ein 4-Bit-Zähler mit asynchronem Reset. Mit diesem Reset kann man im Prinzip ungerade Teilerverhältnisse erreichen. Wegen der endlichen Propagationszeit vermindert sich dadurch allerdings die maximal mögliche Frequenz.
Der 74HC4040 ist ein 12-Bit-Zähler, der mit bis zu 90 MHz zurecht kommt.
Der 74HC4060 ist ein 14-Bit-Zähler, der bei 5 V Versorgung 87 MHz Zählrate erreicht. Wobei das Datenblatt dies als “typical” kennzeichnt und nur etwa 30 MHz garantiert.
Das Spannungsniveau, das einer logischen Eins entspricht, ist nicht bei allen Geräten und Bauteilen gleich groß. Als Mikroprozessoren noch High-Tech waren, war dafür 5 V allgemein so üblich, dass man es in Datenblättern selten ausdrücklich erwähnt hat. Das Schlüsselwort für dieses Spannungsniveau ist “TTL”. Moderneren Digital-Komponenten arbeiten häufig mit 3.3 V, 1.8 V, oder sogar 1.3 V. Der Grund dafür ist ein geringerer Stromverbrauch und entsprechend niedrigere Abwärme bei hohen Taktraten. Besonders Mikroprozessoren haben deswegen die Tendenz zu niedrigen Spannungspegeln.
Die Schwelle, die zwischen high und low entscheidet, liegt etwa bei der halben nominellen High-Spannung. Das heißt, ein “high” einer 3.3V-Komponente wird von einem Eingang, der für 5 V-Logik ausgelegt ist, nicht zuverlässig erkannt. Umgekehrt erkennt der Eingang einer 3.3V-Komponente möglicherweise das “low” einer 5V-Logik nicht korrekt. Außerdem wird der Eingang der 3.3-Volt-Logik möglicherweise überlastet. Wenn man nun einen Aufbau mit 5V-Logik mit einem solchen mit 3.3 V arbeitenden Mikrocontroller zusammenbringen möchte, muss man also den Spannungspegel der Signale anpassen. Dazu gibt es spezielle Bauteile.
Der 74LVX244 eignet sich, um acht Kanäle 5V-Logik auf 3.3V-Logik umzusetzen. Praktischerweise werden die Signale dabei nicht invertiert. Ein high bleibt ein high und ein low bleibt ein low. Dabei ist er recht schnell. Der Anstieg der digitalen Flanke braucht 1.5 ns. Damit sollten Baudraten bis in den 100 MHz Bereich möglich sein. Natürlich muss das restliche Design der Schaltung dafür ausgelegt sein.
Anders als der Name mit der “74” vermuten lässt, ist dieser Baustein keiner der Digital-Klassiker vom Beginn der 80er-Jahre. Er wurde erst Mitte der 90er entwickelt. Entsprechend gibt es ihn nicht nur als SMD und nicht in einer Bauform zum Durchstecken. Dennoch ist er eine Art moderner Klassiker, der von vielen Herstellern in großen Stückzahlen auf den Markt gebracht wird. Das sorgt für einen moderaten Preis von etwa 0.30 €.
Der SN74LVC1T45 setzt ein einzelnes digitales Signal um. Dabei kann er sowohl von höherem zu tieferen Pegel umsetzen also auch von tieferen zu höherem. Die Pegel ergeben sich aus zwei getrennten Versorgungsspannungen. Der kleinste mögliche Logik-Pegel ist 1.65 V, der größte ist 5.5 V. Der Signalfluss kann alternativ in beide Richtungen verlaufen. Welche Richtung aktiv ist, hängt von einer zusätzlichen Steuerleitung ab.
Dieser Baustein wird in vielen verschiedenen SMD-Bauformen mit 6 Pins angeboten. Davon ist SO23-6 (2.9 mm x 1.6 mm) die größte und DSBGA (0.9 mm x 1.4 mm) die kleinste Variante. In den Schubladen der ElektronIQ werden diese beiden Bauformen vorgehalten: