Analogtipp RC-Filter als Deglitcher für D/A-Wandler

Bei D/A-Wandlern mit starken Glitch-Effekten kann man am Ausgang eine Deglitch-Schaltung hinzufügen. Gängig sind ein einfacher Tiefpassfilter oder eine Sample-and-Hold-Schaltung. Beide verringeren die Glitch-Amplitude.

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Bei 16-Bit Präzisions-D/A-Wandlern in R-2R-Technik kommt es in der Bereichsmitte oft zu einem Glitch (Bild 1). Wählt man einen D/A-Wandler mit starken Glitch-Effekten, kann man am Ausgang eine Deglitch-Schaltung hinzufügen, die die Auswirkungen dieser Störimpulse abmildert.

Hier kommen zwei gängige Deglitch-Schaltungen für DACs in Frage: Die Verwendung eines einfachen Tiefpassfilters entspricht der Abbrems-Taktik beim Autofahren, während man sich mit einer Sample-and-Hold-Schaltung fürs Umfahren des Hindernisses entscheidet. Beide Deglitch-Schaltungen können die Glitch-Amplitude verringern oder die Glitch-Energie komplett beseitigen.

Die einfachste Deglitch-Methode für einen D/A-Wandler basiert auf einem RC-Filter (Bild 2), das an den Verstärkerausgang des DAC (VOUT) angeschlossen wird. Dieses Filter schwächt die Amplitude des Glitch‘ ab, erhöht aber gleichzeitig die Einschwingzeit.

Die obere Kurve in Bild 2 gibt das Signal am LDAC-Pin (Load DAC) des D/A-Wandlers wieder. Das Datenwort wird über den DIN-Pin (Data in) und den CLK-Pin (Takt) seriell in den DAC geladen. Sobald das komplette Datenwort geladen ist, veranlasst eine steigende Flanke am LDAC-Pin, dass es in die internen Register des D/A-Wandlers übertragen wird.

Dies wiederum löst eine Änderung der Ausgangsspannung des DAC aus. Die mittlere Kurve zeigt den analogen Glitch, der ungefähr in der Bereichsmitte am DAC-Ausgang zu beobachten ist. Die Kurve ganz unten zeigt das gemessene analoge Signal nach dem RC-Tiefpass.

Normalerweise läuft hierbei alles glatt. Beim Wechsel auf einen höheren oder niedrigeren Datencode wird die Ausgangsspannung entsprechend höher oder geringer. Bei der Hälfte sowie bei einem Viertel und drei Vierteln des Bereichs erzeugt der D/A-Wandler jedoch einen Glitch, wobei der in der Mitte des Bereichs auftretende Glitch die größte Amplitude hat.

Zur Bestimmung der richtigen RC-Werte wird die Periodendauer des Glitch‘ ermittelt und der 3-dB-Punkt des Filters so gelegt, dass er sich ungefähr eine Dekade unterhalb der Glitch-Frequenz befindet. Dazu ein Beispiel: In Bild 2 beträgt die Glitch-Periodendauer etwa 1 µs, was einer Glitch-Frequenz von 1 MHz entspricht. Auf der Basis dieser Schätzung wurden die RC-Werte in Bild 2 so gewählt, dass ein 80-kHz-Tiefpassfilter entsteht. Auf jeden Fall sollte der Widerstandswert so niedrig wie möglich angesetzt werden, um die Ausgangsspannung nicht zu verfälschen.

Das Glitch-Problem des R-2R-DAC wird mit diesem RC-Filter also tatsächlich behoben. Allerdings hat diese Methode auch ihre Kehrseite. Die untere Kurve in Bild 2 zeigt deutlich, wie das RC-Filter die Einschwingzeit des DAC-Ausgangssignals erhöht.

Je nach den Anforderungen der Applikation kann ein einfaches RC-Filter die richtige Lösung sein. Wird für eine Anwendung unbedingt ein R-2R-DAC benötigt, der einen störenden Glitch aufweist, kann auch eine Schaltkondensator-Lösung im Verbund mit einem RC-Filter geeignet sein.

Literatur

“What’s a little glitch among friends?”, Baker, Bonnie: EDN, 15. Dezember 2006.

“A DAC for all precision occasions” Baker, Bonnie: Analog Applications Journal, 3Q 2008, Texas Instruments.

* * Bonnie C. Baker arbeitet als Senior Applications Engineer bei Texas Instruments in Tuscon, USA.

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