e2v technologies Ultraschnelle A/D-Wandler für die Wissenschaft

Nicht nur in Oszilloskopen, der Radartechnik, der Radioastronomie und in Kommunikationssystemen kommen A/D-Wandler mit Abtastraten von bis zu 5 GSample/s mit Auflösungen von 8 oder 10 Bits zum Einsatz, sondern zunehmend auch in der Wissenschaft Worauf ist dabei zu achten?

von Andrew Glascott-Jones, Applications Engineer, Francois Bore, Chief ADC Designer, und Nicolas Chantier, Product Marketing Manager für Broadband Data Converters, alle bei e2v technologies.

Entwicklungsingenieure in modernen Technologiesegmenten wie der Satelliten- und Telekommunikation, Avionik und industrieller Prüftechnik stehen vor der Herausforderung, mit dem sich gemäß dem Mooreschen Gesetz stetig erweiternden Funktionsumfang der digitalen Elektronik Schritt zu halten. In den vergangenen Jahren wurde eine Reihe von elektronischen Systemen entwickelt, die enorme Fortschritte ermöglicht haben. Mit der höheren Geschwindigkeit digitaler Systeme hat sich das Problem zu den Entwicklern von Analog/Digital-Wandlern (ADCs) hin verlagert, die für ihre Systeme effektive Bauteile benötigen.

Hochwertige ultraschnelle ADCs sind für Hochleistungsanwendungen maßgeschneidert, die Abtastungen von über 1 GSample/s benötigen. Diese Art Wandler bieten folgende Merkmale:

  • hohe Abtastrate,
  • hohe Bandbreite (über 5 GHz),
  • niedrige Latenzzeit (durch minimale Parallelverarbeitung zwei Taktzyklen),
  • minimaler Eingangsspannungsbereich und
  • bioplare Technologie (Minimierung von Schaltspitzen).

Die Familie der Quad-ADCs von e2v umfasst den »EV8AQ160« mit 8 Bit und den »EV10AQ190« mit 10 Bit. Diese Bauteile weisen zahlreiche Merkmale auf, die den Betrieb mit hohen Abtastraten ermöglichen. Dieselben Merkmale können auch genutzt werden, um die Flexibilität und Anwenderfreundlichkeit des Systems zu steigern. Der Aufbau eines Quad-Wandlers ist in Bild 1 dargestellt. Er besteht aus vier ADC-Kernen mit jeweils einem Halteverstärker. Taktgeber und Logikschaltungen steuern das System, und am Front-End befindet sich der Crosspoint-Switch.

Der Crosspoint-Switch schafft die Grundlage für die Flexibilität des Wandlers. Über ihn lässt sich ein beliebiger Eingang auf einen der Kerne aufschalten, wobei sogar ein einzelner Eingang auf alle Kerne gleichzeitig aufgeschaltet werden kann. Dies erfolgt mit minimaler Kreuzkopplung und ohne Beschränkung der Bandbreite des ADCs. Dadurch können die Kerne auch im Interleaving-Modus arbeiten, in dem der Abtastpunkt jedes Kerns phasengesteuert wird, sodass die Gesamtabtastrate um das doppelte oder 4-Fache der Abtastraten der einzelnen Kerne erhöht wird (je nach dem Interleaving-Schema). Die Quad-ADCs also ermöglichen den flexiblen Betrieb mit vier Kanälen bei 1,25 GSample/s, zwei Kanälen bei 2,5 GSample/s oder einem Kanal bei 5 GSample/s. Außerdem lassen sich im Bauteil Verstärkung, Offset und Phase jedes Kerns parametrieren, was für den Einsatz im Interleaving-Modus zur Erzielung optimaler Leistung unerlässlich ist.

Während früher solche Bauteile meist in der Verteidigungstechnik zu Zuge kamen, benötigen heutzutage zahlreiche weitere Märkte diese hohe Leistung, zum Beispiel in der Prüfmesstechnik (Oszilloskope, Spektrumanalysatoren) und Herstellung von COTS-Leiterplatten (PCI, softwarebasierte Funktechnik) sowie für Halbleiter-ATE (automatische Prüfeinrichtungen), Prüfeinrichtungen für Hochgeschwindigkeitsfestplatten und die wissenschaftliche Messtechnik.