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Analogtipp Fallstricke beim Verwenden von Breitband-Baluns mit ADCs

| Autor / Redakteur: Ian Beavers * / Kristin Rinortner

Die meisten schnellen A/D-Wandler verwenden eine differenzielle Eingangsstruktur. Diese liefert eine gute Gleichtakt-Rauschunterdrückung. Allerdings muss am Eingang des Wandlers ein massebezogenes in ein differenzielles Signal gewandelt werden.

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Bild 1: Eine Seite des differenziellen Signals verschiebt die andere Seite um einen Phasenanteil relativ zu seiner Periode.
Bild 1: Eine Seite des differenziellen Signals verschiebt die andere Seite um einen Phasenanteil relativ zu seiner Periode.
(Bild: Analog Devices )

Ein passiver Balun oder Transformator und ein Verstärker sind die wichtigsten Optionen für die Umsetzung eines massebezogenen in ein differenzielles Signal.

Für diesen Teil des Systems stehen viele leistungsstarke Bauteile zur Verfügung. Allerdings weisen selbst die besten Bauteile kleine differenzielle „Ungleichgewichte“ auf, die das Signal verzerren und den störungsfreien Dynamikbereich (SFDR) des A/D-Wandlers verringern.

Durch eine Phasendrehung zwischen beiden Seiten des differenziellen Eingangssignals an der Eingangsstufe (Frontend) des A/D-Wandlers erhöht sich die Leistung in den Harmonischen der Grundwelle. Dies kann passieren, wenn eine Seite des differenziellen Signals die andere Seite um einen Phasenanteil relativ zu seiner Periode verschiebt. Der Effekt ist in Bild 1 dargestellt.

In diesem Fall tritt eine Phasenverschiebung von einigen wenigen Grad am Ausgang des Baluns an den differenziellen Eingängen des A/D-Wandlers auf. Dadurch hat die zweite Harmonische einen höheren Wert als wenn die differenziellen Eingänge perfekt in Phase wären. Dies beeinträchtigt den störungsfreien Dynamikbereich.

Eine weitere mögliche Unausgewogenheit am Frontend eines differenziellen Signalerfassungssystems ist die Amplituden-Fehlanpassung.

Falls eine Seite eines differenziellen Signals eine andere Verstärkung als sein Komplement hat, „sieht“ der Eingang des A/D-Wandlers eine Seite als ein größeres und die andere Seite als ein kleineres Signal. Dies reduziert allerdings die Leistung des Grundsignals und verringert den Dynamikbereich SFDR in dBc.

Eine Amplituden-Fehlanpassung von 2 dB zwischen differenziellen Eingängen verringert die maximale Leistung des Eingangssignals um 1 dB. Jedes dieser Probleme hinsichtlich der Signalintegrität an der Eingangsstufe kann den störungsfreien Dynamikbereich des A/D-Wandlers sowie die Signal-Entschlüsselungsfähigkeit des Gesamtsystems verringern.

Bei einem gut entwickelten monolithischen ADC-Kern wird der störungsfreie Dynamikbereich normalerweise durch den Dynamikbereich zwischen einer Trägerfrequenz und der zweiten oder dritten Harmonischen der interessierenden Grundfrequenz bestimmt. Ein Balun mit einer großen Phasen- oder Amplituden-Fehlanpassung lässt die ungewollten Harmonischen bei einer FFT eines grundsätzlich hochleistungsfähigen A/D-Wandlers ansteigen.

* Ian Beavers arbeitet als Staff Engineer für die Digital Video Processing Group bei Analog Devices in Greensboro / USA.

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