A/D-Wandler richtig ansteuern

Frage: Es wurde mir gesagt, die Eingänge von A/D-Wandlern könnten „unfreundlich“ sein. Worüber sollte ich mir Sorgen machen?
Antwort: Keine Panik. Eingänge von A/D-Wandlern können möglicherweise „unfreundlich“ sein, doch man kann sie bändigen. Allerdings braucht man dazu einen guten Treiber.

ADC-Treiber sind aus drei Hauptgründen erforderlich. Erstens sind viele Signalquellen massebezogen, während viele schnelle A/D-Wandler differenzielle Eingänge haben. Somit muss der Treiber die Wandlung von massebezogen in differenziell durchführen. Zweitens haben viele A/D-Wandler Eingänge mit geschalteten Kondensatoren, die anfällig für ein- und ausgangsseitige Ladungsspitzen sind. Deshalb muss ein Treiber die Signalquelle vor den ADC-Eingängen puffern. Drittens müssen kleine Signale oft verstärkt und ihr Pegel angepasst werden, um zum maximalen Eingangsbereich des A/D-Wandlers zu passen. Der Treiber übernimmt auch diese Aufgabe.

Differenzielle Signalübertragung kann das Systemrauschen und die Verzerrung reduzieren. Da differenzielle Systeme keine gemeinsame Masse haben, tritt keine Massekopplung auf. Sie unterdrücken Gleichtaktrauschen und neigen dazu, Verzerrungsprodukte geradzahliger Ordnung auszulöschen, die als Gleichtaktsignale auftreten. Symmetrische Signale (gleicher und entgegengesetzter Phase und Höhe) reduzieren auch abgestrahlte Störungen, die andere Systemteile beeinträchtigen könnten. Darüber hinaus erzielen differenzielle Systeme bei einer vorgegebenen Versorgungsspannung den doppelten Signalhub. Dies verdoppelt den Dynamikbereich und verbessert das Signal/Rausch-Verhältnis.

Ziel des ADC-Treibers ist, das Signal von der Quelle zum A/D-Wandler zu übertragen und es, falls erforderlich, optimal aufzubereiten, während Verzerrung, Rauschen und Fehler bei der Einschwingzeit minimiert werden.

Die Eigenschaften des Verstärkers möchte man innerhalb der Vorgaben eines Systems an die Leistungsfähigkeit des A/D-Wandlers anpassen. Einige der vielen Überlegungen bei der Auswahl eines ADC-Treibers betreffen Rauschen, Verzerrungen und Einschwingzeit.

Zum Beispiel sollte man in breitbandigen Applikationen mit DC-Kopplung versuchen, das Spitze/Spitze-Rauschen vom Treiber und alle enthaltenen Filter auf unter oder gleich einem LSB der effektiven Anzahl an Bits des A/D-Wandler zu halten.

In Anwendungen für den Frequenzbereich, zum Beispiel Kommunikationssysteme, sind harmonische Verzerrungen entscheidend. Für beste Ergebnisse sollte man versuchen, die harmonischen Verzerrungen auf unter oder gleich eines LSB bei der effektiven Anzahl an Bits des A/D-Wandlers halten.

In Videosystemen und anderen Anwendungen für den Zeitbereich sowie für Multiplex-Systeme ist die Einschwingzeit von Interesse. Fehler bezüglich der Einschwingzeit können auch in LSB ausgedrückt werden. Dabei ist die gemeinsame Anforderung, dass der Treiber in einer spezifizierten Zeit auf ein LSB einschwingt. In hochauflösenden Systemen kann es schwierig sein, die Einschwingzeit zu charakterisieren.

Jede Anwendung ist anders. Deshalb ist es am besten, das Datenblatt des ADCs hinsichtlich des empfohlenen Treibers zu studieren.

Autor: Von Uwe Bröckelmann nach Unterlagen von Analog Devices.

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