Analog Tipp Aufbereitung digitaler Signale: Kampf den Reflexionen

Am Ausgang eines breitbandigen A/D-Wandlers (ADC) stehen hochfrequente digitale Signale an, die über geeignete Leitungen übertragen werden müssen. Fehlt ein Leitungsabschluss am ADC-Ausgang, können...

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Am Ausgang eines breitbandigen A/D-Wandlers (ADC) stehen hochfrequente digitale Signale an, die über geeignete Leitungen übertragen werden müssen. Fehlt ein Leitungsabschluss am ADC-Ausgang, können Reflexionen entstehen, die das Signal verzerren. Dies kann zu Schwankungen im Signal-Timing (Jitter) führen, wodurch sich der Signal-Rauschabstand des ADC-Signals verringert. Wie lässt sich das Rausch- und Verzerrungsverhalten hier verbessern? Und ist überhaupt ein Leitungsabschluss am Ausgang erforderlich? Während ein Abschluss bei einfachen Leiterbahnen nicht notwendig ist, sollte bei einer längeren Leitung nicht darauf verzichtet werden. Wo aber ist die Grenzlinie? Diese liegt bei Länge >/= (tr/6*tprop).Mit tr als Anstiegszeit des Digitalsignals und tprop als Signallaufzeit. Auf einer Leiterplatte aus FR-4-Material beträgt tprop typisch ca. 60 ps/cm. Ein Digitalsignal hat eine Anstiegszeit von 2 ns. Durch Einsetzen der Werte in obige Gleichung ergibt sich, dass ein Abschluss ab einer Leitungslänge von 16,7 cm vorhanden sein sollte, um Reflexionen zu vermeiden. Der Abschlusswiderstand ist dabei so zu dimensionieren, dass die Summe aus der Ausgangsimpedanz des ADC und dem Abschlusswiderstand dem Wellenwiderstand der Leitung entspricht: RS + RT = Z0.Die Lastkapazitäten (Ausgangskapazität des Busses sowie die des Ausgangs-Bausteins) müssen von den Ausgangstreibern des A/D-Wandlers bei jedem Codewechsel umgeladen werden. Der dabei fließende Lade- bzw. Entladestrom ist proportional zur Lastkapazität. Mit diesen Strömen hängen in erster Linie zwei Probleme zusammen: die Signalintegrität (Anstiegs- und Abfallzeiten) und das Rauschen. Übersteigt die Lastkapazität den Wert im Datenblatt des ADCs, so werden die vorgeschriebenen Anstiegs- und Abfallzeiten nicht eingehalten; das Ausgangssignal kann u.U. die entsprechenden Ansprechschwellen nicht mehr über- bzw. unterschreiten. Wenn in den ADC-Ausgängen große Entladeströme fließen, kann dies zu Störungen in der ADC-Grundplatte führen, was wiederum dem Signal-Rauschabstand abträglich ist. Diese Ströme lassen sich durch Serienwiderständen an den ADC-Ausgänge vermindern (rot im Bild). Alle angeführten Probleme können durch Abschlusswiderstände an den Ausgängen des ADCs vermieden werden. Zusätzlich können Puffer dazu beitragen, die Ausgangsströme des ADC zu reduzieren und sein Rauschverhalten zu verbessern.

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