DE19720548A1 - Analog/Digital-Wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Analog/Digital-Wandler laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Analog-Wandler dieser Art sind bekannt (Manfred Bartz, Large Scale Dithering Enhances ADC Dynamic Range, Microwaves & RF May 1993; Large-Scale-Dithered-ADC, Hewlett-Packard Journal, December 1993; Wagdy M.F., Linearizing Average Transfer Characteristics of Ideal ADC's via Analog and Digital Dither, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 43 No. 2, April 1994) . Durch das Zusetzen eines solchen soge­ nannten Dithersignals kann sowohl der differentielle als auch der integrale Linearitätsfehler des Wandlers verbessert wer­ den. Neben der Erzeugung des Dithersignals mittels eines Pseudorandomgenerators und ausgangsseitiger Abtrennung des Dithersignals mittels einer Recheneinheit ist es bekannt, das Dithersignal als bandbegrenzendes Rauschen zu erzeugen und die Trennung von dem ebenfalls bandbegrenzten Nutzsignal nach der Digitalisierung ausgangsseitig mittels eines einfachen Filters, beispielsweise eines Tiefpaß- oder Bandpaßfilters, vorzunehmen. Das Dithersignal muß dabei so beschaffen sein, daß es nur dort spektrale Anteile enthält, wo das Spektrum des Nutzsignals Null ist.

Die Figur zeigt eine bekannte Schaltung eines solchen A/D- Wandlers. Das Nutzsignal wird über einen Addierer 4 dem ei­ gentlichen A/D-Wandler 1 zugeführt. Über den Addierer 4 wird dem Nutzsignal ein Dithersignal additiv überlagert, das in einem Dithersignal-Generator 3 erzeugt wird. Das so entstan­ dene Signalgemisch wird dem Eingang des A/D-Wandlers zuge­ führt und dort digitalisiert. Ausgangsseitig wird das zuge­ setzte Dithersignal mittels eines digitalen Filters 2 vom Nutzsignal abgetrennt, das schließlich als Digitalsignal wei­ ter verarbeitet wird.

Ein Nachteil dieser bekannten Erzeugung des Dithersignals ist der hohe sogenannte Crestfaktor des Rauschsignals (Verhältnis des Nutzsignals zum Effektivwert), der schon bei relativ ge­ ringem Effektivwert zur erheblichen Beeinträchtigung des nutzbaren Aussteuerbereiches führt. Unter der Voraussetzung von 50% des Aussteuerbereiches für den Spitzenwert des Nutz­ signals und 50% für den Spitzenwert des Dithersignals kann in der Praxis für ein Rauschsignal von einem Crestfaktor von 5 bis 6 ausgegangen werden, das bedeutet, daß der Effektiv­ wert des Dithersignals nicht größer als 4-5% des Aussteu­ erbereiches des A/D-Wandlers sein darf. Auch der Aufwand zur Erzeugung eines bandbegrenzten Rauschsignals mit einem sol­ chen Effektivwert ist sehr groß.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen A/D-Wandler dieser Art zu schaffen, der diese Nachteile vermeidet und bei dem das Dithersignal einerseits mit geringem schaltungstechni­ schen Aufwand und kleinem Crestfaktor erzeugbar ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem A/D-Wandler laut Ober­ begriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merk­ male gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Beim erfindungsgemäßen A/D-Wandler wird das Dithersignal durch Winkelmodulation eines Sinussignals mit einem Rauschsignal oder einem Pseudorandomsignal erzeugt. Unter Pseudorandomsignal wird dabei ein durch einen digitalen Algorithmus in einem Pseudozufallsgenerator erzeugtes Rauschsignal verstanden. Die Winkelmodulation kann entweder eine Frequenzmodulation (FM) oder eine Phasenmodulation (PM) oder auch jede andere bekannte digitale Winkel-Modulation wie FSK (Frequency Shift Keying) oder PSK (Phase Shift Keying) sein. Ein erfindungsgemäßes Dithersignal besitzt ein linienfreies kontinuierliches Spektrum, die Amplitude ist ausschließlich über die Amplitude des Trägersignals bestimmt, der Crestfaktor ist sehr gering und beispielsweise nur 1,4, also wesentlich kleiner als der Crestfaktor eines bekannten Rauschsignals. Damit ist bei gleichem Dynamikverlust des Wandlers ein erhöhter Ditherpegel und somit ein wirkungs­ volleres Dithering gegen die Auswirkungen der integralen Nichtlinearität möglich. Das Ditheringsignal kann außerdem sehr leicht erzeugt werden, da solche Bauelemente zur Erzeugung winkelmodulierter Signale als 1-Chip-Lösungen in verschiedenen Ausführungen zur Verfügung stehen. Das zur Winkelmodulation benötigte zufällige oder pseudozufällige Rauschsignal kann in seiner Effektivspannung um mehrere Größenordnungen niedriger liegen als dies bisher möglich ist. Es entfällt außerdem eine genaue Steuerung der Rauschamplitude, da der Frequenz- bzw. Phasenhub von unterge­ ordneter Bedeutung ist.

Ein erfindungsgemäßes Dithersignal eignet sich insbesondere für das sogenannte Large Scale Dithering, bei dem bezogen auf den Aussteuerbereich es Wandlers großer Dithering-Signalpe­ gel verwendet wird, wodurch jedoch sowohl der integrale Line­ aritätsfehler als auch die zyklische Nichtlinearität, die bei sogenannten pipelined A/D-Wandlern durch Benutzung eines mehrstufigen Quantisierers entsteht, vermindert werden kann.

Claims (5)

1. Analog/Digital-Wandler, bei dem eingangsseitig dem zu di­ gitalisierenden Nutzsignal ein Dithersignal überlagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dithersignal ein moduliertes Sinussignal ist.

2. A/D-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinussignal win­ kelmoduliert ist.

3. A/D-Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinussignal mit einem Rauschsignal moduliert ist.

4. A/D-Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinussignal mit einem Pseudorandomsignal moduliert ist.

5. A/D-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das eingangs­ seitig überlagerte Dithersignal ausgangsseitig durch ein Digitalfilter abgetrennt wird.