Tracking-ADC: Up/Down-Zähler für schnelle, kontinuierliche Signalwandlung

Eine dritte Variation des Zähler-DAC-basierten Konverter-Themas ist, meiner Ansicht nach, die eleganteste. Statt eines konventionellen „Up“-Zählers, der den DAC antreibt, nutzt dieses Design einen Up/Down-Zähler.

Der Zähler läuft kontinuierlich, und die Up/Down-Steuerleitung wird vom Komparatorausgang getrieben. Übersteigt der analoge Eingang die DAC-Ausgabe, schaltet der Zähler in Up-Count-Modus. Umgekehrt zählt er herunter, wenn die DAC-Ausgabe höher ist. In jedem Fall folgt die DAC-Ausgabe dem Eingangssignal in Echtzeit.

Da der Zähler nie zurückgesetzt wird, wird der binäre Ausgang bei jedem Taktimpuls aktualisiert, was die Notwendigkeit eines Schieberegisters zum Verriegeln des Zählwerts am Zyklusende eliminiert.

Ein wesentlicher Vorteil ist die Geschwindigkeit: Der Konverter kann Abtastraten von mehreren MHz erreichen, ohne den Overhead einer Reset-Phase.

Wie gezeigt, ist die Aktualisierungszeit weit schneller als bei anderen Zähler-ADCs. Zu Beginn des Plots, wenn der Zähler einem plötzlichen Wechsel des analogen Signals „nachlaufen“ muss, entspricht die Änderungsrate der des ersten Zähler-ADCs. Die Ausgabe rampt sanft anstatt von null zu springen, im Gegensatz zu Zähler- und Successive-Approximation-ADCs.

Jedoch ist der binäre Ausgang nie statisch; er toggelt bei jedem Taktimpuls zwischen Zählwerten, selbst bei perfekt stabilem Eingang – ein Phänomen, bekannt als Bit-Bobble. Dies kann für digitale Systeme problematisch sein, die einen stetigen Ausgang erwarten.

Bit-Bobble kann durch Einfügen eines Schieberegisters gemildert werden, das den Zählerausgang nur verriegelt, wenn sich der Wert um zwei oder mehr Schritte ändert. Das Design eines Detektors für zwei aufeinanderfolgende Zählungen in gleicher Richtung erfordert etwas Einfallsreichtum, zahlt sich aber aus.

ZUGEHÖRIGES ARBEITSBLATT:

• Analog-zu-Digital-Wandlung Arbeitsblatt