Demoboard für A/D-Wandler
Formel 1 der Datenwandlung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Anwendungsgebiete
Spektrale Applikationen
Software Defined Radio (SDR) kann als der Heilige Gral der Funktechnik angesehen werden. Nach der Defini-tion des SDR-Forums ist ein SDR-System für eine Vielzahl von Übertragungsprotokollen geeignet und nicht an eine bestimmte Trägerfrequenz gebunden. Das ideale SDR-System besitzt deshalb eine HF-Schnittstelle zu einem Leistungsverstärker (im Sendeteil) und zu einem rauscharmen Verstärker (im Empfangsteil) und enthält allenfalls wenige analoge Filterfunktionen (Bild 2). Die Eigenschaften dieses idealen SDR-Systems lassen sich durch einfaches Hochladen neuer Software aktualisieren oder verändern, was ein unschätzbarer Vorteil für Systeme ist, die nach Interoperabilität verlangen.
Dieses ideale System nach der Definition des SDR-Forums war bis vor kurzem allerdings unerreichbar, denn es fehlte an den für höchste Frequenzen geeigneten HF/Digital-Wandlern, die in der Lage sind, Trägerfrequenzen direkt in digitale Daten zu verwandeln.
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Das in Bild 3 wiedergegebene Konzept verfügt über eine Abwärtswandler-Stufe innerhalb des DSP-Elements, das zusätzlich sämtliche Kanalisierungs-Algorithmen enthält. Ebenso wie alle digitalen Lösungen überzeugt auch diese durch Wegfall der Langzeit-Drift und größere Flexibilität. Außerdem reduziert sie die Komplexität des Gesamtsystems, denn sie enthält
- 1 festen lokalen Oszillator anstelle von N variablen lokalen Oszillatoren,
- 2 anstelle von 2N Oberflächenwellen-Filtern,
- 2 anstelle von 2N Verstärkern,
- 1 Breitband-A/D-Wandler an Stelle von 2N schmalbandigen A/D-Wandlern.
Hinzu kommt, dass das System die gleichzeitige Überwachung vieler Frequenzen ermöglicht, was von unschätzbarem Wert für Radar-Systeme oder die elektronische Kampfführung ist, da es die Erkennung von Echos oder Störsendern ermöglicht. Selbstverständlich wird diese Technik nicht sofort Eingang in unsere Mobiltelefone finden, nicht zuletzt weil die Leistungsaufnahme zurzeit noch zu hoch ist.
Anwendungen im Zeitbereich - wissenschaftliche –Instrumente
Ein typisches Einsatzgebiet wissenschaftlicher Instrumente ist die Erfassung schneller Signale, die beispielsweise aus Teilchenkollisionen oder der Beugung von Röntgenstrahlen resultieren. Das folgende Beispiel gibt das von einem typischen Experiment mit Röntgenstrahlen abgegebene Signal wieder (Bild 4).
In einem Versuch dieser Art werden mehrere Detektoren benötigt, um den Signal-Rausch-Abstand zu erhöhen und die Chance zu verbessern, seltene Ereignisse zu erfassen.
Als Detektoren kommen hier häufig Vieldraht-Proportionalkammern (MWPCs), Mikrokanalplatten oder Siliziumstreifen-Detektoren zum Einsatz. Die Fähigkeit, die Verstärkung zum Zweck der Kalibrierung zu verstellen, und die hohe Stabilität der Verstärkung sind wichtige Parameter für Experimente dieser Art.
Oszilloskope sind eine weitere wichtige Zeitbereichs-Anwendung. Hier ist die Abtastrate von großer Wichtigkeit, so dass in großem Umfang von Interleaving-Techniken Gebrauch gemacht wird. Bild 5 veranschaulicht dieses Prinzip, bei dem die effektive Abtastrate durch gegenphasige Takte angehoben wird.
Ein wichtiges Thema beim Design von Equipment dieser Art ist die präzise Abstimmung des A/D-Wandlers in Bezug auf die Verstärkung, den Offset und die Phasenlage des Taktsignals. Jegliche Unstimmigkeiten haben Unstetigkeiten des digitalen Ausgangs zur Folge, was sich wiederum auf die Qualität des Resultats auswirkt.
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