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Datenwandler Schaltende Bits

Autor: Kristin Rinortner

Frage: Am Eingang meines A/D-Wandlers liegt kein Signal an. Trotzdem schalten die Datenbits am Ausgang um. Warum?

Multimeter_ZM3 (Quelle: Adapterwelt)
Multimeter_ZM3 (Quelle: Adapterwelt)
(Multimeter_ZM3 (Quelle: Adapterwelt))

Antwort: Entwickler, die mit schnellen A/D-Wandlern nicht so gut vertraut sind, erwarten eventuell, dass der Digitalausgang eines Wandlers bei einem statischen Analogeingang konstant bleibt. Dies ist ähnlich wie man ohne Eingangssignal einen einfachen DC-Offsetfehler am Ausgang eines Operationsverstärkers erwartet. Nimmt man das Eingangssignal von einer Verstärkerschaltung und misst die Ausgangsspannung mit einem Digital-Multimeter, zeigt dieses den Verstärkeroffset an.

Das Digital-Multimeter mittelt die angezeigten Ergebnisse (mit einem A/D-Wandler). Allerdings sagt das Digital-Multimeter nichts über das Rauschen am Verstärkerausgang aus. Zum Messen des Rauschens ist ein Oszilloskop oder ein Spektrumanalysator erforderlich.

Wie alle anderen Bauteile in der Signalkette leisten auch A/D-Wandler mit ihrem eigenen thermischen Rauschen einen Beitrag zum Gesamtrauschen. Falls man also verifizieren möchte, dass der A/D-Wandler sich ohne Eingangssignal wie erwartet verhält, muss man einen Block von Daten erfassen und den Mittelwert bilden. Genauso wie es ein Digital-Multimeter mit der Verstärkerschaltung macht.

Schnelle A/D-Wandler floaten normalerweise zu Code in der Mitte des Ausgangsbereiches plus oder minus Offset. Somit sollte sich der resultierende Durchschnittsausgangscode innerhalb der Offsetspezifikation des A/D-Wandlers befinden. Während man den Block von erfassten Daten analysiert, kann man leicht das Rauschverhalten des A/D-Wandlers überprüfen. Die Datenblattspezifikation ist "Eingangsbezogenes Rauschen", angegeben als LSBeff.. Die Messung ist bekannt als "Massebezogener Eingangshistogrammtest", wobei die Nomenklatur von frühen Wandlern stammt, die einen bipolaren Eingangsbereich um Masse hatten. Den Eingang gegen Masse kurzuschließen entsprach kein Eingangssignal zu haben.

Moderne schnelle Wandler arbeiten normalerweise mit einer unipolaren Spannung. Somit ist statt der Masse ihre eingangsseitige Gleichtaktspannung der Mittelpunkt der Stromversorgung des Schaltungseingangs . Glücklicherweise wird der Histogrammtest durchgeführt, indem man ohne Eingangssignal einen Block mit Daten erfasst. Dies ist bereits erfolgt.

Statt den Mittelwert der erfassten Ausgangsdaten zu bilden, sollte man ein Histogramm anfertigen. Für einen typischen schnellen A/D-Wandler sind eventuell 1 LSBeff. Eingangsrauschen spezifiziert. So kann man eventuell eine Gauß'sche Verteilung mit den Offset Codes ±3 sehen. Das eingangsbezogene Rauschen wird als Standardabweichung der erfassten Daten berechnet.

Auf die eingangs gestellte Frage zurückkommend lässt sich sagen, dass das Breitbandrauschen des A/D-Wandlers für das Umschalten der Ausgänge sorgt – selbst ohne Eingangssignal. Viel Erfolg mit dem restlichen Debugging ihrer Schaltung.

Von Uwe Bröckelmann nach Unterlagen von Analog Devices.

Über den Autor

 Kristin Rinortner

Kristin Rinortner

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