Leistungsfähigkeit von ADCs Parameter von A/D-Wandlern einfach ermitteln

Hat man sich anhand der Datenblatt-Angaben für einen A/D-Wandler entschieden, bleibt die Unsicherheit, ob die Parameter mit realistischem Aufwand im eigenen Entwurf erreicht werden können. Hilfreich sind hier wandlerspezifische Evaluierungsmodule und Software, mit denen man die Schlüsselparameter des Wandlers unter den eigenen Bedingungen prüfen kann.

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TRACO ELECTRONIC GMBH

ISH Ingenieursozietät GmbH

RECOM Power GmbH

Texas Instruments Deutschland GmbH

Zu Beginn eines Projektes stehen Entwickler meist vor der Aufgabe, geeignete A/D-Wandler auzuwählen. Während sich die Architektur in vielen Fällen bereits durch den vorgeschalteten Sensor ergibt, sind Punkte hinsichtlich der benötigten Auflösung, dem erwünschten Rauschabstand und weiteren Parametern offen. Ist die Auswahl dann anhand der Angaben im Datenblatt erfolgt, bleibt doch die Unsicherheit, ob diese Parameter auch mit einem realistischen Aufwand und insbesondere mit den eigenen zu messenden Signalen erreicht werden.

Hier ist es in der Praxis in vielen Fällen hilfreich, wenn der Hersteller ein Evaluierungs-Modul (EVM) zur Verfügung stellt, mit dessen Hilfe man sich ein besseres Bild von der Leistungsfähigkeit des Wandlers unter den im eigenen Entwurf vorhandenen Bedingungen machen kann. Dies erspart entweder den Aufbau einer eigenen Testplatine oder verkürzt die Zeit, bis der Prototyp der eigenen Schaltung zur Verfügung steht.

IEEE-Standard 1241-2000: Messungen an A/D-Wandlern

Der IEEE Standard 1241-2000 beschreibt mehrere Möglichkeiten, Messungen an A/D-Wandlern durchzuführen. In der Praxis haben sich der Servo-Loop-Test, mit dem sich die Gleichstromparameter ermitteln lassen, sowie der Sinuswellen-Test zum Bestimmen der Wechselstromparameter durchgesetzt. Die IEEE-Spezifikation beschreibt ebenfalls ein Verfahren, mit dem die Gleichstromparameter mithilfe des gleichen Aufbaus wie beim Wechselstrom-Test ermittelt werden können, weswegen im Folgenden auch nur dieser Test beschrieben wird.

Für den Sinus-Test ist der in der Bild 1 gezeigte Aufbau notwendig, der einer Minimalkonfiguration entspricht. Ist eine höhere Präzision erforderlich, wird in vielen Fällen ein zweiter Funktionsgenerator verwendet, der den getesteten A/D-Wandler mit einem Taktsignal versorgt, das – um eine kohärente Abtastung zu erreichen – mit dem Sinusgenerator für das Eingangssignal gekoppelt wird.

Um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen, muss der Generator für das Eingangssignal eine um mindestens –20 dB geringere Verzerrung besitzen, als vom A/D-Wandler zu erwarten ist. Ein idealer 16 Bit Wandler besitzt einen SINAD (Signal to Noise and Distortion, Verhältnis von Signal- zu Rauschleistung) von 98 dB, der mit dem idealen Signal-Rauschabstand (SNR) identisch ist. Daher müsste der Signalgenerator mindestens einen THD+N (Total Harmonic Distortion + Noise, Klirrfaktor + Rauschen) von –118 dB besitzen.

Bei diesem Aufbau müssen die Wandlungsergebnisse vom Konverter ausgelesen und auf einem PC verarbeitet werden. Dies ist im Regelfall mit einer eigenen Programmierung verbunden und daher zeit- und kostenintensiv.

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