Labormesstechnik
Was hohe Digitizer-Auflösung bringt
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Messbeispiel
In diesem Messbeispiel wird ein Spectrum-Digitizer der M4i-Serie verwendet (Bild 7).
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Hierzu zeigt Bild 8 eine Messung mit dem14-bit-Digitizer M4i von Spectrum. Seine ENOB-Spezifikation beträgt >11,6 bit bei 10 MHz. Diese Messung wird von einer Simulation eines Digitizer mit einer ENOB von 10 bit überlagert. Diese Daten werden mit Hilfe der Software SBench 6 von Spectrum graphisch dargestellt.
Beide Messungen werden wie erfasst im linken Koordinatensystem dargestellt. Die Kurve des Spectrum-Digitizer ist in Gelb, die des anderen Geräts in Blau zu sehen.
Das rechte Koordinatensystem zeigt dieselben Daten sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ausdehnung. Beachten Sie, dass die blaue Kurve die Details mit niedriger Amplitude wegen ihrer geringeren Auflösung nicht darstellt. Digitizer werden also meist nach der idealen Auflösung basierend auf der Anzahl der Bits im ADC spezifiziert. Diese ideale Auflösung wird durch das Auftreten von Rauschen und Verzerrungen verringert.
Die tatsächliche Auflösung wird in Form von Grundrauschen, SNR, SINAD und ENOB spezifiziert. Bei der Auswahl eines Digitizer muss letztlich seine tatsächliche Auflösung auf die vorgegebenen Mess-Anforderungen abgestimmt werden.
Hardware-Details des Digitizer, wie z.B. rauscharme Komponenten, rauscharmes Layout, mehrere Eingangsbereiche, spezialisierte Signalpfade und Signalkonditionierung müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Alle diese Details sind wichtig für die Wahl des richtigen Digitizer für eine Applikation.
Kommentar: Hohe Auflösung – genau hinschauen !
Durch immer besser werdende Chip-Designs haben sich die Eigenschaften der A/D-Wandler und Verstärkerbausteine in letzter Zeit deutlich verbessert: Sie arbeiten sehr rauscharm und kommen mit kleinsten Pegeln sowie großen Dynamikanforderungen zurecht. Oszilloskop- und Digitizer-Hersteller können deshalb immer höher auflösende Geräte entwickeln. Waren früher die 8-bit-Systeme mit nur 256 Quantisierungsstufen die Regel, so sind jetzt 12- oder 14-bit-Wandler in den Eingangsstufen (4096 bzw über 16.000 Quantisierungsstufen).
Das freut natürlich den Anwender, denn er kann auf diese Weise noch kleinere Signalpegel, wie sie in der Kommunikationstechnik z.B. immer häufiger zu analysieren sind, präzise erfassen. Doch Vorsicht: Auf die idealen Auflösungswerte der A/D-Wandler kann man sich nicht verlassen. Denn bei der Erfassung der analogen Pegelwerte und der anschließenden Wandlung in digitale Daten kommt es außer durch die Quantisierung auch durch Verzerrungen und Rauschen zu Signalverfälschungen, z.B. beim Verstärken. Hierdurch wird die theoretische maximale Auflösung eines Wandlers verringert. Der ENOB-Wert (Effective Number of Bits) gibt hier Auskunft. Er wird mit bestimmt von einem sauberen Design der Eingangs- und Wandlerstufen. Nichtlinearität, harmonische Verzerrung und andere Ursachen von Verzerrungen sind idealerweise bereits in einem Design reduziert, um den ENOB-Wert der theoretischen Auflösefähigkeit des Wandlers möglichst nahe kommen zu lassen. Seien Sie als Anwender also aufmerksam und schauen Sie auch genau auf die ENOB-Parameter!
Die Autoren
| Arthur Pini |
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| ist ausgebildeter Elektronik-Ingenieur und unabhängiger Berater sowie Spezialist für technischen Support mit über 50 Jahren Erfahrung in der Test- und Messtechnik-Branche. Dabei hat er unter anderem Erfahrung mit Oszilloskopen, Digitizern und Arbitrary-Waveform-Generatoren verschiedenster Hersteller gesammelt. |
| Greg Tate |
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| ist Asien-Manager von Spectrum und blickt auf über 30 Jahre Erfahrung im Bereich Test- und Messtechnik zurück. Dabei hat er sich auf Produkte mit High-Speed-ADC- und -DAC-Technologie wie Digitizer und Arbitrary-Waveform-Generatoren spezialisiert. In seiner bisherigen beruflichen Laufbahn hat er für verschiedene namhafte Digitizer-Hersteller Anwendungen im asiatischen Raum betreut. |
| Oliver Rovini |
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| ist Technischer Leiter der Spectrum GmbH und verantwortlich für die Entwicklungen der schnellen Digitizer und Arbi¬trary-Waveform-Generatoren. Er ist seit 20 Jahren im Bereich der Messtechnik als Entwickler tätig. |
- Was hohe Digitizer-Auflösung bringt
- Einschränkungen bei maximaler Auflösung
- Rauschen und Verzerrung minimieren
- Messbeispiel
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