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A/D-Wandler-Familie

Von 10 bis 125 MSPS mit 14-, 16- und 18-Bit-Auflösung

14. Juni 2021, 05:53 Uhr   |  Iris Stroh

Von 10 bis 125 MSPS mit 14-, 16- und 18-Bit-Auflösung
© Texas Instruments

Mit den neuen ADCs können Entwickler digitale Regelschleifen mit maximalem Dynamikbereich und geringster Latenz realisieren und die Leistungsaufnahme um bis zu 65 % senken.

Texas Instruments hat mit der ADC3660-Familie acht zum Teil Pin-kompatible AD/Wandler vorgestellt, die nicht nur genau, sondern auch schnell sind und dabei wenig Leistung aufnehmen.

Die neue Familie von Texas Instruments umfasst acht schnelle Datenwandler, die nach dem SAR-Prinzip arbeiten, in einer Ein- oder Zweikanal-Konfiguration vorliegen und Abtastraten von 10 bis 125 MSPS und Auflösungen von 14, 16 und 18 Bit abdecken. Laut Matt Hann, Product Line Manager High-Speed Data Converters von Texas Instruments, umfasst die neue Familie mit dem ADC3683 auch den derzeit schnellsten 18-Bit-ADC, der am Markt verfügbar ist.

Laut seiner Aussage geht es in industriellen Systemen zunehmend um eine Echtzeitsteuerung. Egal ob es um Wärmebildkameras, Netzinfrastruktur, Stromversorgungsanalysatoren etc. geht, in allen Anwendungen können Fehler auftreten, die sofort erkannt werden müssen, um entsprechende Gegenmaßnahmen zu treffen. Dementsprechend müssen A/D-Wandler in schnellen digitalen Regelschleifen nicht nur sehr genau, sondern auch schnell sein. Hann: »Mit der neuen Familie schließen wir die bisherige Geschwindigkeits- und Genauigkeitslücke.«

Verglichen mit konkurrierenden, ähnlich schnellen Bauelementen zeichnet sich die ADC3660-Familie durch eine deutlich geringere Latenzzeit aus. Zum Beispiel soll mit dem zweikanaligen ADC3664 (14 Bit, 125 MSPS) eine Latenz von einer Taktperiode (8 ns) möglich sein, »80 Prozent weniger als vergleichbare Komponenten bei ähnlichen Geschwindigkeiten«, so Hann weiter. Dank dieser geringen Latenz seien in sehr schnellen digitale Regelschleifen extrem kurzen Antwortzeiten möglich, so dass sich in industriellen Systemen eine genauere Überwachung von Spannungs- und Stromspitzen samt den daraus resultierenden Reaktionen realisieren lässt.

Geringes Rauschen und trotzdem energiesparend

Bislang waren Designer bei der Entwicklung industrieller Systeme vor die Wahl zwischen ausgezeichneten Rauscheigenschaften und geringem Stromverbrauch gestellt – eine überaus schwierige Entscheidung beim Design batteriebetriebener Applikationen, die eine präzise Datenerfassung erfordern. Bei der ADC3660-Familie ist diese Abwägung laut Hann nicht mehzr erforderlich. Der ADC3683 ist laut Hann der industrieweit schnellste 18-Bit-ADC mit 65 MSPS, »also viermal so schnell wie der derzeit beste konkurrierende 18-Bit-A/D-Wandler«, so Hann. Gleichzeitig zeichnet sich der ADC durch verbesserte Rauscheigenschaften in schmalbandigen Anwendungen aus, einschließlich portablen Funkgeräten für die Rüstungstechnik. So spezifiziert TI den Signal-Rauschabstand (SNR) des Bausteins mit 84,2 dB und die spektrale Rauschdichte mit -160 dBFS/Hz – und das Ganze mit einer Leistungsaufnahme von nur 94 mW pro Kanal. Mit einer Leistungsaufnahme von insgesamt 36 mW ermöglicht der ADC3541 (14-Bit, 10 MSPS) ein einfacheres Wärmemanagements und eine längere Batterielebensdauer in Anwendungen wie etwa GPS-Empfängern oder Handheld-Elektronik bei, in denen es besonders auf einen geringen Stromverbrauch ankommt. Der ADC3660 (16 Bit, 65 MSPS) wiederum kommt auf einen SNR von 82 dBFS, womit sich beispielsweise die Bildauflösung in Sonar-Anwendungen verbessern lässt, während sich die Leistungsaufnahme gegenüber vergleichbaren Bauelementen um 65 Prozent auf 71 mW pro Kanal reduziert.

Integrierte Features und höhere Abtastraten verringern die Designkomplexität

Die hohen Abtastfrequenzen und integrierten Features der ADC3660-Familie sollen Entwicklern dabei helfen, dass sie in ihren Systemen weniger Bauelemente benötigen. Zum Beispiel ist die Abtastrate des ADC3683 bei doppelter Kanaldichte viermal höher als die des nächstplatzierten konkurrierenden Bausteins, sodass es möglich ist, durch Oversampling den Abstand zwischen Oberschwingungen und Nutzsignal zu vergrößern. Deshalb reicht ein weniger komplexer Anti-Alias-Filter aus, und der Bauteileaufwand verringert sich laut TI um bis zu 75 Prozent.

Zu den weiteren Features der Familie, die zur Reduzierung der Komplexität beitragen, gehören Chip-integrierte Dezimations-Optionen, mit deren Hilfe sich unerwünschtes Rauschen und Oberschwingungen aus dem System entfernen lässt, während sich der SNR und der störungsfreie Dynamikbereich um bis zu 15 dB verbessern. Diese Dezimations-Optionen sowie die CMOS-Schnittstelle bieten Designern die Möglichkeit, die ADCs anstelle von FPGAs zusammen mit Arm-basierten Prozessoren oder digitalen Signalprozessoren einzusetzen, was zur Senkung der Systemkosten beiträgt. Ein integrierter digitaler Abwärtswandler mit einem komplexen, numerisch gesteuerten Oszillator reduziert ferner den Umfang der benötigten Prozessor-Ressourcen.

Die Bausteine ADC3563, ADC3583, ADC3643, ADC3660, ADC3663, ADC3664 und ADC3683 sind jetzt bei TI in einem WQFN-Gehäuse (very thin quad flat no-lead) mit Maßen von 5 mm x 5 mm lieferbar. Vorserien-Versionen des ADC3541 gibt es ab sofort ausschließlich auf TI.com, während der Beginn der Massenfertigung für das erste Quartal 2022 angesetzt ist.

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