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ADC/DAC

Abtastrate und Wortbreite als Schlüsselfaktoren

Die Abtastrate und Wortbreite sind bei der Auswahl von Wandlern die wichtigsten Größen. Grundlage bei der digitalen Audiosignalverarbeitung ist die Überführung eines analogen Signals in ein digitales, zeitdiskretes Signal, welches nach der digitalen Verarbeitung wieder in ein analoges, zeitkontinuierliches Signal zurückgeführt wird. Das Abtasttheorem besagt, dass ein auf fmax bandbegrenztes Audiosignal mindestens mit einer Abtastrate von fA = 2 x fmax abgetastet werden muss. Vor der Digitalisierung muss daher das Audiosignal durch einen analogen Tiefpass in seiner Bandbreite begrenzt werden.

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FIR Filter zur Dezimation der Abtastrate

Um die Filterspezifikation und die damit verbundenen Aufwendungen für die Realisierung gering zu halten, wird bei den meisten Audioanwendungen mit einem Vielfachen der notwendigen Abtastrate gearbeitet. Um den Rechenaufwand bei der nachgeschalteten digitalen Verarbeitung durch die erhöhte Abtastrate zu reduzieren, erfolgt in der Regel eine mehrstufige Dezimation der Abtastrate mit Antialiasing Filtern. Diese werden häufig als FIR (Finite Impulse Response) Filter realisiert. FIR Filter besitzen den Vorteil, dass sie eine lineare Phase haben und durch Polyphasenzerlegung unter Einbeziehung der Dezimation die Anzahl der Filteroperationen um den Dezimationsfaktor reduziert werden kann.

Analog verfährt man vor der Digital-Analog-Wandlung, d.h. es erfolgt eine Aufwärtstastung des Audiosignals mit anschließender Antialiasing Filterung, wobei hierbei die Reduktion der Filteroperationen ebenfalls um den Interpolationsfaktor durch das gleiche Zerlegungsverfahren erreicht wird. Durch die Aufwärtstastung werden die Anforderungen für den Designentwurf des nachgeschalteten analogen Tiefpassfilters in gleicher Weise minimiert, wie es beim analogen Eingangsfilter der Fall ist. Eine Überabtastung hilft also, die BOM Kosten im analogen Filterdesign zu minimieren. Jedoch ergibt sich für die Kombination Überabtastung und Tiefpassfilterung noch eine weitere wichtige Eigenschaft. Werden die Filteroperationen in hinreichend hoher Wortbreite ausgeführt, so wird die durch die Quantisierung erzeugte Rauschleistung um den Faktor 1/fA reduziert, wodurch sich das SNR (Signal to Noise) verbessert und damit die Qualität der Audiosignals erhöht.

 

Wortbreite bestimmt den Anteil des Quantisierungsrauschens

Neben der Abtastrate ist die Wortbreite die zweite wichtige Größe bei der Auswahl von Wandlern. Sie bestimmt den Anteil des Quantisierungsrauschens im Audiosignal. Je höher die gewählte Wortbreite ist, desto geringer ist der Anteil der Rauschleistung und desto besser gestaltet sich das SNR. Die beiden Größen Abtastrate und Wortbreite lassen wie folgt in SNR zusammenführen.

Um auch den höchsten Ansprüchen bei der digitalen Audioverarbeitung gerecht zu werden, bietet CODICO eine breite Auswahl an Wandlern mit einer Wortbreite von bis zu 24Bit und einer Abtastrate von 192kHz und darüber hinaus. Neben differentiellen Ein- und Ausgängen sowie integrierten Verstärkern stehen auch Wandler in Mehrkanalausführung und mit digitaler Signalverarbeitung zur Verfügung.

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AKM

AKM bietet verschiedene Halbleitersensoren, um optimierte Lösungen für den Kunden bereitzustellen. Als Technologie verwendet AKM analoge/digitale Mixed-Signal-Prozesse. Insbesondere magnetische Sensoren, Audio- und Sprach-ICs, welche hochqualitativen Sound mit geringem Stromverbrauch kombinieren, haben AKM zu einem wichtigen Player auf dem High-End-Audio-IC-Markt gemacht.

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Johannes Kornfehl is product marketing manager
Johannes Kornfehl +43 1 86305-149 E-MAIL
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SYNAPTICS

SYNAPTICS ist ein führender IC-Hersteller von Human Interfaces und Audio-Produkten für Anwendungen in den Bereichen Consumer Market und Smart Home. Das breite Portfolio von SYNAPTICS umfasst unter anderem Audioprozessoren, Ultra-Low-Power Codecs und Far-Field ADCs.

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