Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandler optimal ausnutzen – 2. Teil

Die volle Leistung aus einem Analog/Digital-Wandler mit 100 dB SFDR, einer Eingangs-Bandbreite im GHz-Bereich und SNR nahe von 80 dB herauszuholen, kann äußerst schwierig sein. Die Entwickler von Wandler-Baugruppen müssen eine sehr genaue Kenntnis der Takt- und Abtastmechanismen haben. Der zweite Teil dieses Artikels beschreibt weitere Methoden, mit denen die Leistungsfähigkeit von A/D-Wandlern verglichen werden kann.

Die volle Leistung aus einem Analog/Digital-Wandler mit 100 dB SFDR, einer Eingangs-Bandbreite im GHz-Bereich und SNR nahe von 80 dB herauszuholen, kann äußerst schwierig sein. Die Entwickler von Wandler-Baugruppen müssen eine sehr genaue Kenntnis der Takt- und Abtastmechanismen haben. Der zweite Teil dieses Artikels beschreibt weitere Methoden, mit denen die Leistungsfähigkeit von A/D-Wandlern verglichen werden kann.

Es kann sich zu einer echten Herausforderung entwickeln, einem A/D-Wandler mit einem störungsfreien Dynamikbereich (SFDR) von 100 dB, einer Eingangs-Bandbreite im Gigahertz-Bereich und einem bei 80 dB liegenden Signal-Rausch-Abstand (SNR) die volle Leistungsfähigkeit zu entlocken. Leiterplatten-Designer müssen hierfür ein fundiertes Verständnis der Taktungsund Abtastmechanismen mitbringen. Im ersten Teil dieses Artikels [1] wurden bereits Jitter, Takt und differenzielle Signalisierung behandelt, es gibt jedoch noch weitere Gefahren:

  • Man macht Fehler bei der Aufbereitung des Taktsignals.
  • Man beschränkt sich darauf, das Demo-Board schlicht zu kopieren.
  • Man lässt beim Basisband-Design die Frequenzen im GHz-Bereich außer Acht.
  • Man macht Fehler bei der Isolierung der Masseflächen für digitale und analoge Signale.

Diese Fehleinschätzungen haben nicht unbedingt alle gravierende Folgen. Eine sorgfältige Beachtung ist jedoch in jedem Fall ratsam.

Vorsichtsmaßnahme 4: Das Taktsignal richtig aufbereiten

Wenn ein verrauschtes Taktsignal verstärkt und anschließend bandbegrenzt wird, ist der Schaden bereits angerichtet. Die Begrenzung bewirkt eine Kommutierung der verschiedenen beteiligten Frequenz-Komponenten und hat damit Intermodulations-Produkte zur Folge. Außerdem werden „Out-of-Band“-Komponenten durch die Bandbegrenzung zu „In-Band“-Komponenten, die nicht mehr ausgefiltert werden können.

Dies erleichtert die Isolation analoger und digitaler Schaltungen und nutzt die auf FPGAs häufig vorgefundenen SerDes-Ports. Linear Technology bietet auch A/D-Wandler-Demo-Boards für den Einsatz mit dem kostenlosen Software-Tool Quick-Eval an (Bild 2).

Im übrigen ist es besser, den A/D-Wandler am Rand der digitalen Ebene zu platzieren und die Lücke mit einem 1:1-Wellenleitungs-Übertrager in der Art des M/A-COM ETC1-1-13 zu überbrücken. Diese auch als 1:1-Guanella-Balune bekannten Bauelemente wirken für Gleichtaktsignale als Drossel, lassen differenziell jedoch bis zu 3 GHz durch. Wird diesem Übertrager ein Tiefpass voran- oder nachgeschaltet, kann auch ein flussgekoppelter Übertrager verwendet werden. Da jeder direkt abtastende A/D-Wandler Transienten bis weit in den GHz-Bereich hinein erzeugt, sollte dieses Netzwerk so angelegt sein, dass diese Komponenten unterdrückt werden, bevor sie nennenswerte Wege zurücklegen und somit solche Grenzen überqueren können.

Jede Applikation, in der differenzielle Signale zwischen zwei Masseflächen übertragen werden müssen, sind davor zu schützen, dass durch Ereignisse wie etwa elektrostatische Entladungen, Netz-Stromstöße usw. übermäßige Spannungen zwischen A/DWandler und Last entstehen. fr