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Diese Vorteile bietet ein A/D-Wandler mit 10 Bit

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Nachdem ein Chip acht Wandler mit 5 GS/s enthält, können vier Gruppen von je zwei Wandlern gebildet werden, die im Zeitinterleavedverfahren mit 10 GS/s arbeiten. Werden die vier Gruppen um je ¼ Bit verschoben, so erhält man ein Gesamtsystem mit 10 GS/s und einer Auflösung von 10 Bit. Begrenzt man die analoge Bandbreite des Systems auf 4 GHz, so ist nach Nyquist eine Abtastrate von ≥2x der analogen Bandbreite gleich ≥8 GS/s notwendig. Damit erfüllt die Abtastrate von 10 GS/s die Nyquistbedingung für ein 4-GHz-Signal. Diesen Umstand kann man nutzen, um mit einer geschickten Konfiguration der acht 5 GS/s, 8-Bit-Wandlern einen 40 GS/s und 10-Bit-Wandler zu realisieren.

Zusätzliche Datenpunkte zwischen den realen Abtastpunkten

Geht man von einem 4-GHz-Sinussignal aus, so wird dieses Signal bei 10 GS/s mit 2,5 Punkten pro Periode abgetastet. Um eine bessere Signaldarstellung zu erhalten, kann man über eine Interpolation die Anzahl der dargestellten Punkte erhöhen. Dabei werden zusätzliche Datenpunkte zwischen den realen Abtastpunkten berechnet. Eine bei Oszilloskopen gängige Interpolation ist die sinx/x-Interpolation, die bei entsprechender Auslegung sehr gute Ergebnisse liefert. Im konkreten Fall werden über die sinx/x Interpolation für jeden 10-Bit-Wandler jeweils drei Datenpunkte hinzugefügt, wodurch sich eine interpolierte Abtastrate von 40 GS/s ergibt.

Bildergalerie

Die acht A/D-Wandler mit 5 GS/s lassen sich so konfigurieren, dass je vier Wandler im Offsetbereich (vertikal) zueinander verschoben sind und die zwei aus vier Wandlern bestehende Gruppen noch im Zeitbereich (horizontal) verschoben werden. So tasten alle Wandler im Zeitinterleavedmodus das Signal ab, aber Wandler eins ohne Offset, Wandler zwei mit ¼-Bit-Offset, Wandler drei mit ½-Bit Offset. Um das 10-Bit-Signal zu erhalten, werden zuerst für jeden Wandler noch drei zusätzliche Datenpunkte interpoliert, und dann das 10-Bit-Signal aus den vier 8-Bit-Datenströmen errechnet, die alle 40-GS/s-Daten haben.

Für hohe Abtastraten werden in Zukunft die Fast-AD-Wandler mit ihrem einfachen Aufbau große Vorteile haben. Da auch hier immer öfter eine höhere vertikale Auflösungen gefordert wird, ist der Ansatz, den Teledyne LeCroy erstmalig in der HDO9000-Serie umgesetzt hat, eine Alternative, um auch bei hohen Abtastraten eine echte Hardware-basierende Erhöhung der Auflösung zu erreichen. Alle softwarebasierenden Verfahren haben den Nachteil, dass eine höhere Auflösung mit einer drastischen Reduzierung der Bandbreite erkauft werden muss.

* Thomas Stüber ist Leiter Applikationen und Produktspezialist bei Teledyne LeCroy in Heidelberg.

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