Analogtipp Neuer Ansatz für die Schmalband-Anpassung schneller HF-ADCs

Mit einer kleinen Simulation als Hilfestellung und einigen einfachen Berechnungen können Sie die Entwicklung Ihres nächsten Hochgeschwindigkeits-HF-Wandlers im Handumdrehen vorantreiben.

Die Entwicklung einer Schmalbandanpassung für A/D-Wandler kann besonders in solchen Systemen anspruchsvoll sein, in denen hohe Zwischenfrequenzen zur Weiterverarbeitung digitalisiert werden. Der folgende Beitrag skizziert, wie sich die Leistungsfähigkeit eines ADC maximal ausschöpfen lässt, ohne dass übermäßig viel Zeit in Simulationen investiert werden muss.

Zunächst gilt es, die Eigenschaften des Analogeingangs des gewählten A/D-Wandlers zu verstehen. Im Datenblatt sind dazu der parallele R||C-Wert oder die S-Parameter des Bausteins zu finden. Für den hier exemplarisch verwendeten ADC des Typs ADC3669 sind ein R-Wert von 100 Ω und eine Kapazität von 1,85 pF angegeben.

Als nächstes muss der passende Übertrager oder Balun für den A/D-Wandler gefunden werden. Im vorliegenden Fall fiel die Wahl auf den Balun TCM2-33WX+ von Mini-Circuits mit einem Impedanzverhältnis von 1:2 und einer Bandbreite von 3 GHz, der sich als perfekte Ergänzung für den ADC3669 erwies, da er mit einem relativ geringen Ansteuersignal den vollen Eingangsbereich des A/D-Wandlers abdeckt. Bild 1 zeigt die Eingangsschnittstelle.

RCL-Anpassung: Widerstandswert ermitteln

Für die RCL-Anpassung muss zunächst der Widerstandswert des Frontends bestimmt werden. Zu berücksichtigen sind dabei die frequenzabhängigen Verluste und die parasitären Effekte des Baluns. Um also einen genaueren R-Wert für den Abschlusswiderstand zu erhalten, wird der RL-Wert des Baluns bei der hier gewählten Mittenfrequenz von 940 MHz verwendet, um die charakteristische Impedanz (Z₀) zu berechnen, an die der Balun für eine optimierte Signalleistung angepasst werden muss.

Mit dem Resultat (36,72 Ω) wird der notwendige Abschlusswiderstand an der Sekundärseite berechnet. Das Ergebnis sind 136,1 Ω. Da der A/D-Wandler einen eingebauten 100-Ω-Abschluss besitzt, werden beide Leitungen der Sekundärseite mit einem 33-Ω-Widerstand versehen.

Wert der Induktivität ermitteln

Im nächsten Schritt muss der Wert der nötigen Induktivität zum Kompensieren der internen Kapazität des A/D-Wandlers ermittelt werden. Dafür gibt es zwei Methoden. Zum einen kann die im Datenblatt angegebenen Ersatzschaltung des A/D-Wandlers zum Bestimmen der gebündelten Gesamtkapazität am Eingang des ADC (in diesem Fall 1,85 pF) verwendet werden. Andererseits lassen sich die S-Parameter, die man auf der Webseite zum ADC3669 findet, dazu heranziehen.

Mit der ersten Methode erhält man für 940 MHz einen L-Wert von 15,5 nH. Bei Verwendung der zweiten, aufwändigeren Methode ergibt sich dagegen ein Ergebnis von 18,1 nH. Die zweite Variante liefert einen präziseren Kapazitätswert bei der interessierenden Frequenz (hier 1,62 pF). Beide haben dieselbe Größenordnung und folglich müssen die interne parasitäre Induktivität des A/D-Wandlers sowie die (layoutbedingte) externe parasitäre Induktivität berücksichtigt werden.

Simuliert man das gesamte Frontend im Simulator ADS unter Verwendung der S-Parameter des Baluns und des A/D-Wandlers, ist am Ergebnis (Bild 2) ein sehr guter Reflexionsfaktor zu erkennen. Der ermittelte Induktivitätswert von 18 nH bei 940 MHz ergibt somit eine gute Anpassung.

Wert der Kapazität ermitteln

Zum Abschluss wird zur weiteren Verbesserung der Schmalband-Anpassung der Wert eines Kondensators bestimmt, der in Parallelschaltung mit der Induktivität einen Schwingkreis ergibt. Es mag zunächst widersinnig erscheinen, erneut eine Kapazität hinzuzufügen, nachdem mit der Induktivität bereits die interne Kapazität des A/D-Wandlers kompensiert wurde, aber tatsächlich wird mit dieser zusätzlichen Kapazität die Anpassung verbessert.

Es zeigt sich, dass die Einengung der Bandbreitenanpassung auf 350 MHz durch Wahl eines größeren externen C-Werts zu besseren Ergebnissen führt. Durch Variieren des L- und/oder des C-Werts lässt sich eine genaue Anpassung der Bandbreite an die jeweilige Anwendung erzielen. (kr)

* Rob Reeder ist Applikationsingenieur Highspeed-Datenwandler bei Texas Instruments.

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