Durchsatzstarke Delta-Sigma-Wandler mit 24 oder 16 Bit

Die neue A/D-Wandler-Familie von Cirrus Logic verbindet den hohen Durchsatz und die niedrigen Verzerrungen von SAR-Wandlern (Wandler mit sukzessiver Approximation) mit der hohen Auflösung und dem geringen Rauschen von Delta-Sigma-Wandlern.

Die neue A/D-Wandler-Familie von Cirrus Logic verbindet den hohen Durchsatz und die niedrigen Verzerrungen von SAR-Wandlern (Wandler mit sukzessiver Approximation) mit der hohen Auflösung und dem geringen Rauschen von Delta-Sigma-Wandlern.

Die A/D-Wandler-Familie CS556x/7x/8x bietet die Grundlage für Messungen mit hoher Auflösung.

Das hier verwendete Prinzip der Delta-Sigma-Wandlung nutzt eine präzise Wandlungstechnik und ermöglicht es, eine hohe Messgenauigkeit auf einfachere Weise zu erreichen als beim Einsatz eines SAR-Wandlers. Ein Hauptmerkmal dieser Technik ist der Einsatz eines Multibit-Modulators, der im Vergleich zu herkömmlichen 1-Bit-Modulatoren eine höhere Auflösung bei gleichzeitig höherer Wandlungsrate ermöglicht.

Ein Differenzverstärker mit hohem Eingangswiderstand misst die Differenz zwischen der Ausgangsspannung eines schnellen Digital-Analog-Umsetzers (DAU) und dem Eingangssignal. Der Verstärker tastet den Eingang während der Wandlung mehrmals ab; dadurch wird der Einfluss der durch das Rauschen am Eingang verfälschten Abtastwerte auf die Messwerte am Ausgang verringert.

Der restliche Teil der Schaltung verarbeitet das Ausgangssignal weiter und generiert eine Folge von digitalen 4-bit-Worten. Diese steuern einerseits den Ausgang des DAU und werden zum anderen auf ein digitales Filter geführt, das die Datenfolge über eine gewisse Zeit mittelt und so das Endergebnis der Wandlung liefert.

Da das Ausgangssignal des DAU sich ziemlich schnell an das Eingangssignal des Bausteins anpasst, liefert der Differenzverstärker ein „glattes” Ausgangssignal, das die Funktion der restlichen Teile des Bausteins nicht stört. Der restliche Teil der Schaltung arbeitet ebenfalls mit gut geregelten Spannungen und erzeugt deshalb kein wesentliches internes Rauschen. Außerdem sichert er gleichbleibende Messgenauigkeit über den gesamten Eingangssignalbereich.

Das digitale Ausgangsfilter bildet lediglich einen rein rechnerischen Mittelwert über eine gewisse Zeit, so dass auch die Genauigkeit des eigentlichen Ausgangssignals des ADU über den gesamten Eingangssignalbereich gleich ist. Als digitales Filter hat es von Natur aus ein reproduzierbares Frequenzverhalten.

Folge dieses Funktionsprinzips ist, dass ein solcher Delta-Sigma-Wandler sehr viel unempfindlicher gegen unerwünschte Effekte ist und sich problemlos einsetzen lässt. Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messergebnisse sind im gesamten spezifizierten Bereich erheblich höher, ohne dass dafür eine teure Hochleistungsschaltung vor dem Eingang erforderlich ist.

Vorteile

  •  Frequenzgang so gut wie bei SAR-Wandlern
  •  Hohe Auflösung, hohe Bandbreite und niedrige Latenz = Hoher Durchsatz
  •  besseres Rauschverhalten
       - Entscheidender Vorteil in lauten Umgebungen
       - Einfacher zu nutzen
       - Weniger externe Komponenten
  • Latenz null bei Mehrkanalsystemen
  • Pinkompatible Familie ermöglicht Aufrüstungen und Varianten ohne Layoutänderung

Hauptmerkmale

  • Gepufferte, hochohmige Signal- und Referenzeingänge
  • Externer Verstärker in vielen Fällen überflüssig
  • Vollständig selbstkalibrierend
  • Garantierte maximale Offset- und Verstärkungsfehler über den gesamten Versorgungsspannungs- und Temperaturbereich
  • Eine (+5 V) oder zwei (±2,5 V) Versorgungsspannungen für den Analogteil
  • Eingangssignal bipolar, dabei und wahlweise massebezogen oder differenziell
  • Triggerbarer Start der Wandlung
  • Synchronisierung mit der Applikation möglich
  • Flexible, serielle Digitalschnittstelle mit Master/Slave-Modi
  • Digitalversorgung 1,8 V, 2,5 V oder 3,3 V
  • Leicht anschließbar an alle üblichen FPGAs und Mikrocontroller
  • Pinkompatible Familie mit 24-poligen SSOP-Gehäusen
  • Spezifizierter Betriebsbereich –40 bis +85 °C