Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandlern optimal ausnutzen – 1. Teil #####

Die volle Leistung aus einem Analog/Digital-Wandler mit 100 dB SFDR, einer Eingangsbandbreite 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. Dieser zweiteilige Artikel beschreibt die gängigsten 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 Eingangsbandbreite 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. Dieser zweiteilige Artikel beschreibt die gängigsten Methoden, mit denen die Leistungsfähigkeit von A/D-Wandlern verglichen werden kann.

Es gibt mehrere Problempunkte, die immer wieder auftreten und die ein Design unbrauchbar machen können. Im ersten Teil dieses Artikels geht es um folgende:

  • Blindes Vertrauen in den Ausdruck „geringer Jitter“.
  • Glauben, der Takt sei ein digitales Signal.
  • Annehmen, dass Differenzsignale die Rausch-Toleranz verbessern.

Nicht jeder dieser Punkte bereitet immer Probleme, aber jeder erfordert für sich alleine eine sorgfältige Betrachtung. Man sollte deshalb die folgenden Vorsichtsmaßnahmen beachten, um nicht in dieselbe Falle zu tappen wie viele Vorgänger.

Vorsichtsmaßnahme 1: Den Ausdruck „geringer Jitter“ richtig einschätzen

Viele Taktquellen, Synthesizer, Zwischenverstärker oder Zero-Delay-Puffer sind für eine schnelle serielle Kommunikation entwickelt, aber nicht für das Abtasten von Signalen. Obwohl die Datenblätter dieser Bauteile den Ausdruck „geringer Jitter“ enthalten können, ist diese Angabe relativ. Für die De-Serialisierung reicht ein Jitter im Bereich von 30 bis 50 ps aus. Für das Unterabtasten der Zwischenfrequenz mit A/D-Wandlern, die einen großen Dynamikbereich aufweisen, muss der „geringe Jitter“ jedoch unter 1 ps liegen (Bild).

Der Takt eines Hochleistungs-A/D-Wandlers gleicht dem lokalen Oszillatorsignal eines Empfängers. Wie bei der Funkübertragung limitieren Phasen- und Wärmerauschen auch beim A/D-Wandler die Empfindlichkeit, wenn ein starkes Signal präsent ist. Ähnlich dem Mixer in einem Überlagerungsempfänger mischt der A/DWandler den Takt mit dem analogen Eingangssignal. Im Falle der schnellsten A/D-Wandler mit hohen Bandbreiten wie z.B. der 16-bit-LTC2209-Familie mit 185 MSamples/s werden Mischprodukte generiert, die bis in den GHz-Bereich reichen. Dieses Problem wird im zweiten Teil dieses Artikels noch ausführlich behandelt.