Schwerpunkte

Taktgenerierung für Sigma-Delta-ADUs

Mehr als nur Jitter

08. Juli 2019, 14:28 Uhr   |  Von Pawel Czapor


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

Filter mit geschalteten Kondensatoren

Ein spezieller Bereich, in dem eine präzise Taktung die Leistungsfähigkeit eines AD-Umsetzers beeinflusst, ist das Filter mit geschalteten Kondensatoren. Wenn ein präzise arbeitender AD-Umsetzer entworfen werden soll, müssen alle unerwünschten Signale beseitigt oder ausreichend gedämpft werden. Der AD-Umsetzer kann dazu ein spezielles, integriertes analoges und digitales Filtern bieten. Zwar ist das digitale Filter eines AD-Umsetzers sehr immun gegenüber Taktjitter, jede Form von getakteter analoger Filter dagegen weist Abhängigkeiten vom Taktjitter auf.

Dies ist besonders wichtig, wenn Präzisions-AD-Umsetzer eingesetzt werden, die fortschrittliche Eingangsstufen mit geschalteten Kondensatoren beinhalten. Obwohl die Theorie der Filter mit geschalteten Kondensatoren vorteilhaft sein könnte, wird nachfolgend für die weiteren Untersuchungen und Analysen nur auf das Kompendium zurückgegriffen [5]. Eines der in AD-Umsetzern üblichen Prinzipien ist die korrelierte Doppelabtastung (CDS – Correlated Double Sampling).

Die Dämpfung eines Filters mit geschalteten Kondensatoren hängt sehr von der Qualität des Taktsignales ab. Bei niedriger Qualität (10 %) ist nur die Wirkung des digitalen Filters erkennbar
© Analog Devices

Bild 8. Die Dämpfung eines Filters mit geschalteten Kondensatoren hängt sehr von der Qualität des Taktsignales ab. Bei niedriger Qualität (10 %) ist nur die Wirkung des digitalen Filters erkennbar.

Bild 8 zeigt, wie sich die CDS-Unterdrückung mit der Qualität des Taktsignals ändert. Das Diagramm eines Filters mit geschalteten Kondensatoren und einer Mittenfrequenz von 1 (x-Achse) zeigt Signale nahe dem Sperrbereich. Die Mitte der Messkurven in Bild 8 wird nicht durch digitale Filterung gedämpft, sondern vom analogen Filter mit den geschalteten Kondensatoren. Es ist ein Taktsignal mit guter Qualität nötig, um eine angemessene Dämpfung durch das analoge Filter mit den geschalteten Kondensatoren zu erreichen.

Wie lässt sich Taktjitter minimieren?

In diesem Aufsatz zeigt der Autor Pawel Czapor einige Wege auf, wie Taktsignale zu Problemen in ADU-Schaltungen beitragen können. Aber was hilft, um Taktjitter zu minimieren?

Antworten gibt Czapor in einem zweiten Fachaufsatz, in dem er verschiedene Techniken untersucht, die Entwicklern dabei helfen, eine ADU-Schaltung mit minimalem Jitter zu realisieren. Lesen Sie: »Ursachen von Jitterproblemen: Praktische Tipps gegen Taktjitter für Sigma-Delta-ADUs« auf www.elektronik.de.

Selbst wenn DC-Signale gemessen werden sollen, kann Jitter das Rauschverhalten durch Aliasing stören und unerwünschte Signale den Messwert verfälschen. Diese Störsignale sollten eigentlich vom analogen Filter mit geschalteten Kondensatoren – integriert auf dem ADU-Chip – herausgefiltert werden. Sie stellen eine nicht einfach zu lokalisierende Ursache für Störungen dar, da Halbleiterhersteller in den Datenblättern ihrer ADUs häufig nicht explizit erwähnen, dass sie Filter mit geschalteten Kondensatoren einsetzen.

Literatur

[1] Redmayne, D.; Trelewicz, E. und Smith, A.: Understanding the Effect of Clock Jitter on High Speed ADCs. Linear Technology, Design Note, 2006, www.analog.com/media/en/reference-design-documentation/design-notes/dn1013f.pdf.

[2] Boser, B. E. und Wooley, B. A.: The Design of Sigma–Delta Modulation Analog-to-Digital Converters. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1988, H. 6, S. 1298 – 1308.

[3] Harris, S.: The Effects of Sampling Clock Jitter on Nyquist Sampling Analog-to-Digital Converters, and on Oversampling Delta–Sigma ADCs. Journal of the Audio Engineering Society, 1990, H. 7/8, S. 537 – 542.

[4] Chery, J. A. und Snelgrove, W. M.: Contious time Delta-Sigma modulators for high speed A/D Conversion. Springer-Verlag, 2002, ISBN 978-0-306-47052-3.

[5] Markell, R.: Take the Mystery Out of the Switched-Capacitor Filter: The System Designer’s Filter Compendium. Linear Technology, Application Note, März 1990, www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an40f.pdf.

[6] Beex, A. A. und Fargues, M. P.: Analysis of Clock Jitter in Switched-Capacitor Systems. IEEE Transactions on Circuits and Systems, 1992, H. 7 , S. 506 – 519.

Der Autor

Pawel-Czapor von Analog Devices
© Analog Devices

Pawel Czapor von Analog Devices.

Pawel Czapor, M. Eng.

kam 2007 als Testingenieur für Präzisions-ADUs zu Analog Devices und arbeitet derzeit in der High Precision Converters Design Group in Limerick, Irland. Czapor studierte an der Technischen Universität Breslau, Polen, Elektrotechnik und schloss sein Studium mit dem Master ab.

pawel.czapor@analog.com

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1. Mehr als nur Jitter
2. Ändert die Signalamplitude die Dinge?
3. Filter mit geschalteten Kondensatoren
4. Übersicht der Bilder

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