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Analogtipp ADC-Treiber für optimale Leistung der Signalkette wählen

| Autor / Redakteur: Maithil Pachchigar * / Kristin Rinortner

In diesem Analog-Tipp geht es darum, welche Parameter bei der Wahl des Treibers für einen A/D-Wandler zu berücksichtigen sind, wenn man die Leistungsfähigkeit der Signalkette optimieren möchte.

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Bildausschnitt (vlg. Bild 1): Hochgenaue, schnell einschwingende Signalkette, aufgebaut mit den Bauteilen AD7960, ADA4899, AD8031 und ADR4550.
Bildausschnitt (vlg. Bild 1): Hochgenaue, schnell einschwingende Signalkette, aufgebaut mit den Bauteilen AD7960, ADA4899, AD8031 und ADR4550.
(Bild: Analog Devices )

Schnelle, hochgenaue Datenerfassungssysteme für mehrkanalige Anwendungen verlangen eine dem neuesten Stand der Technik entsprechende Leistungsfähigkeit. Was muss man bei der Wahl des Treibers für einen A/D-Wandler besonders beachten, um die Leistungsfähigkeit der Signalkette zu optimieren?

Bild 1 zeigt eine hochgenaue, rauscharme 18-Bit-Datenerfassungssignalkette, die Spezifikationen wie eine integrale Nichtlinearität (INL) von ±0,8 LSB, eine differenzielle Nichtlinearität (DNL) von ±0,5 LSB und ein Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) von 99 dB aufweist.

Der differenzielle, 5 MSample/s schnelle 18-Bit-A/D-Wandler AD7960 aus der PulSAR-Familie nutzt einen kapazitiven Digital/Analog-Wandler (CAPDAC) um bisher unerreichte Werte für Rauschen und Linearität ohne Latenz oder Pipeline-Verzögerung zu liefern. Das Bauteil bietet eine große Bandbreite sowie eine hohe Genauigkeit (100 dB DR) und ein schnelle Sampling (200 ns), die für Multiplexer-Anwendungen erforderlich sind. Zugleich reduziert der AD7960 den Energieverbrauch sowie die Kosten für mehrkanalige Anwendungen.

Treiber für den A/D-Wandler

Aus der Erfassungszeit eines A/D-Wandlers ergeben sich die Anforderungen an die Einschwingzeit des ADC-Treibers. Tabelle 1 zeigt einige Spezifikationen, die bei der Wahl eines Treibers für einen A/D-Wandler zu berücksichtigen sind.

Wie immer sollte die Leistungsfähigkeit der Signalkette im Labor überprüft werden. So lässt sich sicherstellen, dass die gewünschten Leistungseigenschaften erreichbar sind.

Im Datenblatt von Operationsverstärkern ist normalerweise die Einschwingzeit als die kombinierte Zeit für lineares Einschwingen (Settling) und den Spannungsanstieg (Slewing) spezifiziert.

Die Formeln in Tabelle 1 sind erste Näherungen. Bei ihnen wird ein lineares Einschwingen von 50% und ein Spannungsanstieg von 50% (Multiplexer-Anwendungen) angenommen. Außerdem ein massebezogener Eingang mit 5 V.

Tabelle 1: Auswahl eines ADC-Treibers für den AD7960
Tabelle 1: Auswahl eines ADC-Treibers für den AD7960
(Bild: VBM-Archiv )

Dabei sind
N = 18, tacq = 100 ns, Ueff [in 2] = 52/2 = 12,5 V2, en_amp = 2 nV/√Hz, f–3dB_ADC = 28 MHz.

Für den Rail-to-Rail-Verstärker ADA4899-1 sind eine Bandbreite von 600 MHz, eine Verzerrung von –117 dBc bei 1 MHz und ein Rauschen von 1 nV/√Hz spezifiziert. Der Verstärker schwingt in 50 ns auf 0,1% ein, falls er als Puffer mit Verstärkung Eins (Unity Gain) konfiguriert ist, und treibt die Eingänge des AD7960 mit einem differenziellen 5-V-Signal.

* Maithil Pachchigar ist Applikationsingenieur in der Precision Converters Business Unit bei Analog Devices in Wilmington / USA.

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