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Die Simulation eines A/D-Wandlers mit IBIS komplettieren

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In Bild 1 steht ZT für die Ausgangsimpedanz des Senders, während ZR die Eingangsimpedanz des Empfängers angibt. Während man diese Angaben in den herkömmlichen Datenblättern vergeblich sucht, sind sie im IBIS-Modell enthalten. Desweiteren bezeichnen tRISE die Anstiegszeit, tFALL die Abfallzeit, LTR die Leiterbahn-Induktivität und CTR die Leiterbahn-Kapazität. Die Definition der Wellenleitung bzw. der Leiterbahn umfasst den Wellenwiderstand (Z0), die Signallaufzeit (tD) und die Leiterbahnlänge (LENGTH).

Sind ZT, Z0 und ZR nicht gut aufeinander abgestimmt, kommt es wahrscheinlich zu elektrischen Oszillationen. In einer gängigen Schaltung gibt es auf der Leiterplatte mehrere Wellenleitungen (Bild 2).

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Aufgrund des geringen Abstands, mit dem diese Leitungen auf der Leiterplatte angeordnet sind, besteht zwischen ihnen keine Unabhängigkeit. Bild 3 zeigt exemplarisch Oszillationen auf den Leitungen SCLK und DOUT sowie Übersprechen zwischen DOUT und SCLK.

Das IBIS-Modell identifiziert die Probleme mit dieser Leiterplatte richtig. Korrigiert werden die Probleme anschließend durch Verändern der Abschlusswiderstände sowie durch Modifikationen an der Leiterbahn. Bild 4 zeigt das Resultat dieser Maßnahmen.

Ist die Leiterplatte korrekt modelliert, hilft die IBIS-Evaluierung beim Aufdecken möglicher Übertragungsprobleme auf dem Board. Sobald man Kenntnis von solchen Problemen erhält, lassen sich die Länge und der Verlauf der betreffenden Leiterbahn korrigieren.

Was tun, wenn ein SAR-ADC ins Spiel kommt

Simulationen werden knifflig, sobald SAR-ADCs ins Spiel kommen. Zurzeit gibt es noch kein Wandler-Modell, das den kompletten Baustein präzise nachbildet. Zu den verfügbaren Ressourcen gehören eine analoge SPICE-Datei, die die Stabilität der analogen Eingangs-Pins modelliert, und ein IBIS-Modell, das Hilfestellung beim Aufdecken von Signalintegritäts-Problemen leistet. Weitere Informationen zum Thema IBIS finden Sie in den Beiträgen [2 und 3] „IBIS Model: A Conduit into Signal Integrity Analysis, Part 1” und „The IBIS model, Part 2: Determining the total quality of an IBIS model“.

Damit keine Missverständnisse aufkommen: Es ist durchaus entscheidend, die Details das A/D-Wandlers zu evaluieren, bevor er in der Schaltung eingesetzt wird. Am besten studiert man hierzu das Datenblatt des Bausteins. Sobald Sie aber die finale Auswahl getroffen haben, ist die Simulation der nächste anzuratende Schritt. Das Gute an der Verfügbarkeit eines TINA-TI-SPICE-Modells und eines IBIS-Modells für einen SAR-ADC ist, dass man damit alle nötigen Utensilien in der Hand hat, um sich mit den kritischsten und schwierigsten Aspekten des Wandlers auseinandersetzen zu können.

Referenzen

[1] Datenblatt des ADS8860: www.ti.com/product/ads8860

[2] Baker, B.: “The IBIS model: A conduit into signal integrity analysis, part 1”. Analog Applications Journal (SLYT390), TI 2010.

[3] Baker, B.: “The IBIS model, Part 2: Determining the total quality of an IBIS model”. Analog Applications Journal (SLYT400), TI 2011.

[4] Baker, B.: “The IBIS model, Part 3: Using IBIS models to investigate signal-integrity issues”. Analog Applications Journal (SLYT413), TI 2011.

* Bonnie Baker arbeitet als Senior Application Engineer bei Texas Instruments in Tucson / USA.

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