Was ist die (Wandler) Frequenz?

Frage: Wie entwickelt man eine Wandler-Eingangsstufe ohne Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit?
Antwort: Entwickler, die einen Wandler mit hochfrequenter Abtastrate einsetzen, müssen sich vielen Herausforderungen stellen. Die Entwicklung einer Eingangsstufe ist nicht einfach. Die folgenden Hinweise können Ingenieure an eine Lösung heranführen.

Zur Auswahl stehen drei Typen von Eingangsstufen: Basisband, Schmalband oder Breitband. Welcher Typ verwendet wird, bestimmt die Applikation. Basisband-Applikationen verlangen Bandbreiten von DC oder im niedrigen MHz-Bereich bis zur Nyquist-Frequenz des Wandlers. Als relative Bandbreite ausgedrückt bedeutet dies etwa 100 MHz oder weniger. Diese Designs können entweder einen Verstärker, oder einen Transformator (Balun) enthalten.

Schmalband-Applikationen (wobei schmal relativ zur vollen Nyquist-Bandbreite des A/D-Wandlers ist) arbeiten normalerweise mit hohen Zwischenfrequenzen. Sie nutzen normalerweise nur 5 bis 20MHz Bandbreite in der zweiten oder dritten Nyquist-Zone mit einer Mittenfrequenz von >190 MHz. Die Schaltung benötigt nur einen Bereich der Nyquist-Bandbreite. Die nicht genutzte Bandbreite wird jedoch oft zur Implementierung eines Antialiasing-Filters verwendet. Normalerweise wird ein Transformator bzw. Balun für diese Applikationen verwendet. Allerdings lässt sich auch ein Verstärker einsetzen, falls seine Leistungsfähigkeit bei diesen Frequenzen adäquat ist.

Breitbandschaltungen brauchen alles. Dabei nimmt der Anwender alles, was der Wandler liefert. Diese Designs haben die größte Bandbreite und machen die Entwicklung der Eingangsstufe von allen drei Typen zur größten Herausforderung. Diese Applikationen brauchen Bandbreiten von DC oder im niedrigen MHz-Bereich bis zu mehreren GHz. Derzeit beinhalten diese Schaltungen normalerweise einen Breitband-Balun. Doch Verstärker holen auf in Sachen Bandbreite und Leistungsfähigkeit.

Nach der Wahl des Wandlers wird der Eingangsstufen-Verstärker (aktiv) oder Transformator (passiv) gewählt. Die Kompromisse bei beiden sind zahlreich und richten sich nach der Applikation. Sie lassen sich aber auf wenige Punkte zusammenfassen. Verstärker verursachen Rauschen, benötigen eine Stromversorgung und verbrauchen elektrische Energie. Allerdings sind sie nicht von der Verstärkungs-Bandbreite abhängig wie ein Transformator. Auch haben sie eine bessere Verstärkungsflachheit (Gain Flatness) im Durchlassbereich.

Transformatoren sind passiv. Damit verursachen sie kein Rauschen und brauchen keine elektrische Energie. Allerdings kann ihr asymmetrisches Verhalten Störungen bewirken. Transformatoren sind keine idealen Bauteile. Falls sie nicht richtig eingesetzt werden, können ihre Parasitäten jedes Design beeinträchtigen, speziell bei höheren Frequenzen (>100 MHz).

Von Uwe Bröckelmann nach Unterlagen von Analog Devices.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.