Dynamikbereich eines A/D-Wandlers optimieren
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Dynamikbereich eines A/D-Wandlers optimieren
Die Abtastrate (FS) eines ADCs entscheidet darüber, welche momentane analoge Bandbreite abgetastet und digitalisiert werden kann. Nach den Abtast-Theoremen von Nyquist und Shannon ist diese Bandbreite auf FS/2 beschränkt. Somit beträgt die Nyquist-Bandbreite eines mit 105 MSample/s arbeitenden Wandlers 52,5 MHz. Hierbei handelt es sich um die größte analoge Bandbreite, die sich in einem Abtastintervall (normalerweise 1/FS) umwandeln lässt. Die Abtastung eines analogen Signals mit mehr als der Nyquist-Rate bezeichnet man als Überabtastung (Oversampling). Dadurch verbessert sich der SNR, weil sich das Grundrauschen des ADCs vermindert. Ursache dafür ist, dass sich das Rauschen auf ein größeres Frequenzband verteilt. Verdoppelt man die Abtastrate, so verbessert sich der Dynamikbereich um 3 dB, und jede weitere Verdoppelung der Abtastfrequenz erhöht den Dynamikbereich wiederum um 3 dB. Durch Filtern im digitalen Bereich lässt sich aufgrund wiederholter Verstärkung derselbe Effekt erzielen.
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Signal variabel verstärken
Leider ist das Verdoppeln der Abtastrate unpraktikabel, sobald es um Signale mit großer Bandbreite geht. Ein Signal mit 50 MHz Bandbreite ist laut Nyquist mit 100 MSample/s abzutasten. Bei einer Abtastung mit 200 MSample/s würde sich der SNR nur um 3 dB verbessern. Effektiver lässt sich der SNR durch den Einsatz von Verstärkern mit variabler Verstärkung (Variable Gain Amplifier, VGA) steigern.
Das Hinzufügen einer Variable-Gain-Stufe hat den Vorteil, dass sie das Grundrauschen des Systems verringert, da sie schwache Signale verstärkt und starke Signale abschwächt. So kann der »LMH6515« in Verbindung mit einem schnellen ADC den Dynamikbereich des Gesamtsystems um bis zu 32 dB vergrößern. Zusätzlich zu den vom ADC14DS105 gebotenen 72,5 dB kommt diese Kombination auf den angestrebten SNR-Wert von über 100 dB, wenn der LMK02000 als Taktquelle zum Einsatz kommt (Bild 4). Um die Verstärkung des DVGAs zu regeln, gibt es verschiedene Implementierungen. Ein häufig benutztes und effektives Verfahren ist es, die Schleifenverstärkung an Hand der Leistung des Digitalausgangs des ADCs zu regeln. Durch seine Verstärkungs-Einschwingzeit von 25 ns kann der LMH6515 rasch auf Amplitudenänderungen reagieren. Da der DVGA je nach Bedarf Single-Ended- oder differenzielle Signale verarbeiten kann, muss man dem Verstärker keinen Übertrager voranschalten. Aufgrund seines guten Phasen- und Verstärkungsabgleichs bringt er auch die wesentlichen Voraussetzungen mit, die Verzerrungsprodukte gerader Ordnung zu minimieren. Genauere Informationen über die Kontrolle des Rauschens in Mixed-Signal-Systemen sowie Abhandlungen zu weiteren Themen sind unter [2] zu finden. (rh)
Paul McCormack
ist Segment Marketing Manager Europe für die Bereiche Medical, Test & Measurement sowie Military/Aerospace bei
National Semiconductor
Telefon 0 81 41/35 0
www.national.com
Hilfreiche Links
[1] html>www.national.com/appinfo/interface/clk_conditioners.html
[2] adc/>www.national.com/appinfo/adc/
Siehe auch:
Wandeln und sparen
Achillesferse im Test
- Dynamikbereich eines A/D-Wandlers optimieren
- Einfluss des Takt-Jitters
- Dynamikbereich eines A/D-Wandlers optimieren
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