Auflösungserhöhung von sehr schnellen A/D- und D/A-Umsetzern

Abstract

Zur digitalen Übertragung von Breitbandkabelsignalen, wie sie in der Kopfstelle eines mit Koaxkabeln aufgebautes TV-Netzes bereit gestellt werden, wurden Untersuchungen angestellt. Dazu wurden A/D- (MAX 104 [1]) und D/A-Umsetzer (RDA 012 [2]) bei 0,5 GHz und 1 GHz Abtastrate mit nomineller Auflösung von 8 bit aufgebaut. Die Qualität der Übertragung mit diesen Bausteinen wurde durch Messung des Videofrequenz- bzw. HF-Störabstands bestimmt. Außerdem wurde die Auflösung in effektiven Bit einer nominellen 8-Bit-A/D-D/A-Umsetzung bestimmt. Um die Qualität der Übertragung zu verbessern, wurden zwei Methoden der Auflösungserhöhung der A/D-Umsetzung untersucht und verglichen: Auflösungserhöhung mit doppeltem Aussteuerbereich und die Methode der Auflösungserhöung mit einfachem Aussteuerbereich. Beide Verfahren benutzen zwei A/D-Umsetzer, wozu analytische Modelle entwickelt und mit Hilfe der Rechnersimulation überprüft wurden. So wurde die Abhängigkeit der Auflösung der beiden Methoden vom Gleichanteil des Eingangssignals der A/D-Umsetzer, ihren Referenzspannungen und ihrer Quantisierungsschwellengenauigkeit ermittelt. Weiterhin wurde für beide Methoden mit Sinussignalen die Frequenzbandbreite, in welcher eine Auflösungserhöhung erfolgt, am realen A/D-Umsetzersystem gemessen. Zur Einstellung des Gleichanteils im Eingangssignal der A/D-Umsetzer, der Referenzspannungen und der Abtastzeitpunkten bei Auflösungserhöhung mit doppeltem Aussteuerbereich wurde ein Maximum-Likelihood-Schätzer entwickelt, der Gleichanteil, Amplitude und Nullphase einer Halb-schwingung bestimmen kann. For digital transmissions of broadband cable signals several investigations were done. Experi-mental set-ups of high speed A/D-converter (MAX 104) and D/A-converter (RDA 012) at sampling rates 0,5 GHz and 1 GHz with nominal resolution of 8 bit were realized and examined. The quality of transmission with these converters was investigated by computer simulation and experiments and video- and RF-Signal-Noise-Ratio are given. Furthermore, the resolution by effective bits was calculated for an 8-bit-A/D-D/A-transmission using the two converters. To improve the quality of transmissions two methods were investigated and compared: the resolution enhancement with double full scale range and the resolution enhancement with single full scale range. Both methods use two A/D-converter, for which analytic models were developed, which were verified by simulations. Resolution as a function of dc-component of the input signal, reference voltage of A/D converters and their accurency of the quantizer thresholdds were examined in quite some detail. Additionally for both methods the frequency bandwidth for sinusoidal signals of a real A/D-converter system (MAX 104) was calculated in which the enhancement of the resolution was realized. To set-up the correct mean value for the input signals of the A/D-converters, their reference voltages and their sampling instants, a maximum likelihood estimator to determine the mean value, amplitude and the phase of a half oscillation was developed.