Analog/Digital-Umsetzer
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Analog/Digital-Umsetzer
Analog/Digital-Umsetzer(ADU) sind Schlüsselkomponenten für moderne Mess- und Steuersysteme. Wir entwickeln kontinuierlich neue ADU-Makros, die in integrierten Mixed-Signal-Systemen eingesetzt werden können.
Die Implementierung wird meistens in Standard-CMOS realisiert. Dabei werden die ADU-Makros zusammen mit präzisen analogen Vorverarbeitungen und komplexen digitalen Funktionen zu einer Ein-Chip-Lösung kombiniert. Verschiedene Architekturen stehen zur Auswahl, um die benötigte Auflösung und Umsetzrate zu erreichen. Unser Spektrum reicht von 6 bis 18 bits Auflösung und von 100 Hz bis 100 MHz Nyquistrate.
| Architektur | Auflösung | Umsetzrate | Technologie |
| Flash | 6 bits | 120 MS/s | 0,35 µm CMOS |
| Pipeline | 12 bits | 40 MS/s | 0,35 µm CMOS |
| SAR | 16 bits | 200 kS/s | 0,6 µm CMOS |
| Delta-Sigma | 16 bits | 60 kS/s | 0,35 µm CMOS |
| Delta-Sigma | 14 bits | 62 kS/s | 0,18 µm CMOS |
Projektbeispiele
- Delta-Sigma-Umsetzer
- SAR-Umsetzer
- Pipeline-Umsetzer
Delta-Sigma-Umsetzer
In diesem Sigma-Delta-Umsetzer sind zwei Modulatoren zweiter Ordnung mit 1 bit Quantisierung kaskadiert. Er besitzt einen dynamischen Bereich von 102 dB und eine SNDR von 93 dB bei einer Genauigkeit von 15 bit.
Weitere Kennwerte sind in der folgenden Tabelle aufgelistet:
| Technologie | CMOS 0,35 µm DPTM |
| Leistungsbedarf | 6,5 mW |
| Takt | 4 MHz |
| Nyquistfrequenz | 30 kHz |
| Versorgungsspannung | 3,3 V |
| Oversampling | 64fach |
| Aktive Chipfläche | 1,12 mm² |
Successive-Approximation-Umsetzer
Dieser Successive-Approximation-Umsetzer verwendet Ladungsumverteilung um das analoge Eingangssignal zu wandeln. Das Eingangssignal wird auf eine Kapazität geladen, die weitere Umsetzung wird durch eine Umverteilung der Ladung auf andere Kapazitäten realisiert. Dieser Umsetzer ist für eine geringe Leistungsaufnahme optimiert.
Weitere Kennwerte sind in der folgenden Tabelle aufgelistet:
| Technologie | CMOS 0,6 µm DPTM |
| Leistungsbedarf | 6,8 mW |
| Takt | 3,2 MHz |
| Abtastrate | 200 kHz |
| Versorgungsspannung | 5 V / 2,7 V |
| Aktive Chipfläche | 2 mm² |
Pipeline-Umsetzer
Pipeline-Umsetzer bieten hohe Datenraten bei einer hohen Auflösung. Der hier gezeigte Umsetzer besitzt 10 Stufen mit 1,5 bit pro Stufe (drei Komparatorenpegel) und eine digitale Korrektur. Er ist für geringe Leistungsaufnahme optimiert.
Weitere Kennwerte sind in der folgenden Tabelle aufgelistet:
| Technologie | CMOS 0,35 µm DPTM |
| Leistungsbedarf | 130 mW |
| Abtastrate | 40 MHz |
| Versorgungsspannung | 3,3 V |
| Aktive Chipfläche | 2,4 mm² |
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