Svensk ip-kärna vässar kommersiella ADC:er

Det går att förbättra prestanda rejält hos riktigt snabbsamplande tidsflätade AD-omvandlare. Det hävdar SP Devices som visar hur den egenutvecklade algoritmen vässar ADC:er från Analog Devices, Texas Instruments och E2V.

Linköpingsföretaget SP Devices kärnkompetens är en algoritm som höjer prestanda hos två eller fler tidsflätade, eller interleavade, AD-omvandlare. Företaget har lagt ner över 120 manårs utvecklingsarbete – en investering som framförallt visar gott resultat när snabbsamplande och högupplösta omvandlare tidsflätas.

Alla AD-omvandlare är individer. Därför går det exempelvis inte att bara parallellkoppla två kretsar för att nå dubbla samplingshastigheten och samtidigt bibehålla prestanda från den enskilda omvandlaren. Skillnaderna hos de olika omvandlarna – huvudsakligen skillnad i förstärkning, fasrespons (inkl tidsfel) och offset – gör att det uppstår oönskade olinjära effekter, så kallad vikning (aliasing), som begränsar prestanda.

Förenklat kan man säga att SP Devices algoritm, eller ip-kärna, får två eller flera parallellkopplade AD-omvandlare att se ut att vara identiska.

Företagets ip-kärna ADX2 används för att i efterhand korrigera skillnaden hos två tidsflätade AD-omvandlare, medan ADX4 hanterar fyra omvandlare som tidsflätas. Båda används idag, bland annat i avancerade mättillämpningar.

Diagram 1. Utan korrigering för individuella skillnader tappar de tre olika tidsflätade AD-omvandlarna i dynamiskt område fritt från falska toner, när frekvensen ökar.

Diagram 2. ADX4 kan reducera vikningen och därmed öka det dynamiska området hos alla tre tidsflätade AD-omvandlare.

För att visa styrkan hos sin teknik har SP Devices jämfört prestanda hos tidsflätade AD-omvandlare som körts med och utan företagets ip-kärna ADX4.

Omvandlare från tre halvledarföretag har valts ut för testet. Dessa är AD9625 från Analog Devices som samplar med 2,5 GSa/s och har 12 bitars upplösning, ADC12J4000 från Texas Instruments som samplar med 4,0 GSa/s och har 12 bitars upplösning samt EV10AQ190 från E2V som samplar med 5 GSa/s och har 10 bitars upplösning.

Testet visar tydligt att tidsflätade omvandlare, i detta fall kretsar som innehåller fyra likadana parallellkopplade omvandlarkärnor, tappar i prestanda när frekvensen ökar (se diagram 1).

Samtidigt ser man tydligt att ADX4 förbättrar resultatet rejält i alla tre konstellationer (se diagram 2).

– Vi ser en ökande mängd AD-omvandlare på marknaden idag som är internt tidsinterleavade för att nå höga samplingstakter. Samtidigt reduceras det dynamiska området för dessa komponenter och det är det som våra ip-kärnor motverkar. Kunder som använder ADX kan således nyttja AD-omvandlare med mycket höga samplingstakter utan att tvingas acceptera ett försämrat dynamisk område, säger Per Löwenborg, teknikchef på SP Devices, till Elektroniktidningen.

Observeras bör dock att detta inte är en demonstration för att jämföra AD-omvandlare från olika halvledarföretag, då de som ingår i testet har rejält olika samplingsfrekvenser och till viss mån olika upplösning. Testet syftar istället till att jämföra den minskning av vikningstoner som man kan uppnå med ADX4 för AD-omvandlare med upp till 2 GHz insignalfrekvens.