Datenwandler

A/D-Wandler erholt sich schnell nach Bereichsüberschreitung

| Autor: Kristin Rinortner

Aufmacher RAQ
Aufmacher RAQ (Quelle: Redaktion Elektronikpraxis)

Frage: Wie überprüft man die Erholungszeit von Wandlern mit hoher Abtastrate nach einer Bereichsüberschreitung („Overrange Recovery“)?

Antwort: In der Applikationsschrift AN-835 „Understanding High-Speed ADC Testing and Evaluation“ ist die Erholung eines A/D-Wandlers nach einer Messbereichsüberschreitung als die Zeit definiert, die vergehen muss, damit er sich bis zu seiner spezifizierten Genauigkeit erholt, nachdem sich eine Eingangstransiente von 10 % über dem positiven Vollausschlag auf 10 % über dem negativen Vollausschlag oder von 10 % unter dem negativen Vollausschlag auf 10 % unter dem positiven Vollausschlag bewegt.

In den Anfängen von schnellen A/D-Wandlern wurde „Overrange Recovery“ mit einem Vollausschlag-Impuls getestet, der einen positiven oder negativen Offset von 10 % hatte. Der ADC wurde getestet, um zu sehen, wie viele Samples erforderlich sind, damit er sich von der Überschreitung des Messbereichs erholt. Bei typischen ADC-Eingangsbereichen von mehreren Volt benötigte die Erholung mehrere Taktzyklen. Die aktuelle Generation von GSample/s-A/D-Wandlern spezifiziert eine Erholungszeit von einem oder zwei Taktzyklen. Ein Impuls zur Messung der Erholungszeit zu generieren, ist fast unmöglich. Wie aber lässt sich die Erholungszeit verifizieren?

Bei der Evaluierung eines unserer neuesten 12-Bit-A/D-Wandler mit 2,5 GSample/s sind wir auf eine interessante Möglichkeit gekommen, um den Wandler dazu zu bringen, die Erholzeit nachzuweisen. Bild 1a zeigt das Konzept. Der A/D-Wandler tastet bei seiner vollen Rate von 2,5 GSample/s ab. Und zwar mit einem Analogeingang von 5,000526210 GHz, der Clipping am Eingangsbereich des Wandlers verursacht.

Dies liefert den digitalen Ausgang des Wandlers, der die Alias-Frequenz von der fünften Nyquist-Zone bei 526,210 kHz repräsentiert. Bild 1b zeigt eine vergrößerte Darstellung der Samples, wenn das Alias-Signal zurück in den Bereich kommt. Es überlagert auch den tatsächlichen Analogeingang und zeigt, wie dieser von außerhalb des Messbereichs auf der positiven Seite auf die negative Seite über den Messbereich hinaus und bis knapp zurück in den Bereich auf der positiven Seite in der Zeit zwischen des letzten abgeschnittenen (clipped) Samples und dem ersten Messwert, der zurück im Bereich ist, schwingt.

Wichtig ist, dass das thermische Rauschen des A/D-Wandlers berücksichtigt werden muss. Somit könnte das Rauschen des A/D-Wandlers ein Signal zurück bringen, das sich nur kurz bzw. wenige Codes außerhalb des Messbereichs befand. Genau das haben wir im Labor gesehen. Dies repräsentiert damit sehr gut die Überbereichserholung von A/D-Wandlern in einer sehr stressigen Situation.

Autor: Von Uwe Bröckelmann nach Unterlagen von Analog Devices

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