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Referenzdesigns Breitbandempfänger mit 12 Bit A/D-Wandler und Antialiasingfilter

| Autor: Kristin Rinortner

Breitbandige Empfängereingangsstufe, die aus dem differenziellen Treiberverstärker ADA4960 und dem 12-Bit-A/D-Wandler AD9434 mit einer Datenrate von 500 MSample/s besteht.

Bild 1: Breitbandige Empfängereingangsstufe mit einem 12-Bit-A/D-Wandler bei einer Datenrate von 500 MSample/s
Bild 1: Breitbandige Empfängereingangsstufe mit einem 12-Bit-A/D-Wandler bei einer Datenrate von 500 MSample/s
(Quelle: Redaktion Elektronikpraxis)

Die Schaltung in Bild 1 zeigt eine breitbandige Empfängereingangsstufe, die aus dem rauscharmen, differenziellen Treiberverstärker ADA4960 und dem A/D-Wandler AD9434 mit einer Auflösung von 12 Bit und einer Datenrate von 500 MSample/s besteht.

Das Butterworth-Antialiasingfilter dritter Ordnung ist den Leistungs- und Schnittstellenanforderungen des Verstärkers und des A/D-Wandlers angepasst. Die Summe aller Einfügeverluste aufgrund des Filternetzwerks und anderer Bauteile beträgt 3,0 dB.

Die Schaltung hat eine Bandbreite von 290 MHz mit einem flachen Frequenzgang im Durchlassband von 1 dB. SNR und SFDR, gemessen mit einem 140-MHz-Analogeingang, betragen 64,1 dBFS bzw. 70,4 dBc.

Die Schaltung arbeitet mit massebezogenen Eingangssignalen und wandelt diese mit einem breitbandigen 1:1 Transformator (M/A-COM ECT1-1-13M; 3 GHz) in differenzielle Signale um. Der differenzielle 5-GHz-Verstärker ADA4960 weist eine differenzielle Eingangsimpedanz von 10 kΩ auf. Die Verstärkung ist je nach Wahl des externen Widerstands RG von 0 bis 18 dB einstellbar. Die differenzielle Ausgangsimpedanz beträgt 150 Ω.

Der ADA4960 eignet sich als Treiber für den AD9434. Die differenzielle Architektur durch das Tiefpassfilter und in den A/D-Wandler hinein liefert eine gute HF-Gleichtaktunterdrückung und minimiert zugleich Verzerrungsprodukte zweiter Ordnung. Der ADA4960 bietet eine Verstärkung von 6 dB, um die Einfügeverluste des Filternetzwerks und Transformators (etwa 3,5 dB) zu kompensieren. So entsteht eine Signalverstärkung von 2,5 dB. Ein Eingangssignal von +5,4 dBm produziert ein differenzielles Vollausschlagssignal (FS) von 1,25 Vss am ADC-Eingang.

Das Antialiasingfilter ist ein Butterworth-Filter dritter Ordnung. Es wurde mit einem Standardprogramm entwickelt. Ein Butterworth-Filter wurde wegen seines flachen Verlaufs im Durchlassband gewählt. Ein Filter dritter Ordnung erzielt ein AC-Rauschbandbreiten/Signalbandbreitenverhältnis von 1,05. Es kann mit Hilfe mehrerer kostenfreier Filterprogramme realisiert werden.

 

Ein ausgewogenes Verhältnis dieser Kompromisse zu erzielen, kann schwierig sein. In dieser Schaltung erhielten alle Parameter die gleiche Gewichtung. Deshalb sind die gewählten Werte stellvertretend für alle Schnittstelleneigenschaften zu verstehen. Um SFDR, SNR oder Eingangssignalpegel zu optimieren, können in verschiedenen Schaltungen, je nach Systemanforderung unterschiedliche Werte gewählt werden.

Das Signal in diesem Beispiel ist über die 0,1-µF-Kondensatoren AC-gekoppelt, um die Gleichtaktspannungen zwischen dem Verstärker, seinen Abschlusswiderständen und den ADC-Eingängen zu blocken.

Für Anwendungen, die mit weniger Bandbreite auskommen sowie ein besseres Verhalten gegenüber Nebenwellen aufweisen müssen und weniger Strom aufnehmen dürfen, können die Bausteine ADA4927-1/ADA4927-2 oder ADA4938-1/ADA4938-2 eingesetzt werden.

Der ADA4927-1 hat eine Bandbreite von 2,3 GHz und nimmt 20 mA auf, während der ADA4938-1 eine Bandbreite von 1,0 GHz bietet und 37 mA aufnimmt. Für Anwendungen mit geringerer Auflösung ist der 500 MSample/s schnelle 8 Bit Wandler AD9484 einsetzbar; er ist pinkompatibel zum AD9434. Der AD9484 hat ein SNR von 47 dBFS bei 250 MHz Analogeingangsfrequenzen.

Bei dieser Schaltung kommen ein modifiziertes AD9434-500EBZ-Board und das FPGA-basierte Datenerfassungsboard HSC-ADC-EVALCZ zum Einsatz. Beide Boards werden über High-Speed-Stecker angeschlossen und ermöglichen ein schnelles Setup und eine rasche Evaluierung der Schaltungsleistungsfähigkeit. Das modifizierte Board AD9434-500EBZ enthält die hier evaluierte Schaltung.

Der Autor:

Rob Reeder ist Senior Converter Applications Engineer bei Analog Devices in Limerick/Irland.

Über den Autor

 Kristin Rinortner

Kristin Rinortner

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