Testes de conversores de dados

Testes e design de conversores de dados: seus desafios

À medida que os conversores de dados substituem cada vez mais os sistemas de RF tradicionais até a faixa dos gigahertz, é necessário focar mais na validação dos conversores A/D e D/A para esses casos de uso aprimorados. Dado que os conversores atuam como dispositivos de ponte entre os domínios digital e analógico, a qualidade de qualquer sistema depende da qualidade do conversor. Um processador rápido e um amplificador perfeito são inúteis se o conversores A/D e D/A não conseguirem acompanhar o ritmo ou introduzir distorção e ruído significativos.

As novas gerações de conversores de dados de alta velocidade foram desenvolvidas para atender às demandas por taxas de transferência de dados e larguras de banda cada vez maiores, ultrapassando os limites de velocidade de clock e de poder de processamento digital. Ao mesmo tempo, fatores como baixa latência, baixo consumo de energia e dissipação eficiente de calor trazem novos desafios durante o desenvolvimento e a verificação de designs de RF e eletrônicos.

A validação desses conversores A/D e D/A, assim como os testes de consumo de energia do design, exige medições precisas de vários parâmetros importantes.

Alguns dos parâmetros essenciais nos designs de conversores são:

• Relação sinal-ruído (SNR): define a sensibilidade do conversor ao comparar o nível do sinal desejado com o nível do ruído de fundo. É um parâmetro essencial na verificação de sistemas de micro-ondas e de RF, pois uma relação sinal-ruído (SNR) mais elevada significa que o conversor consegue distinguir mais claramente os sinais do ruído. Isso resulta em uma melhor qualidade do sinal de saída.
• Faixa dinâmica livre de espúrios (SFDR): representa a relação entre a potência do sinal e a maior distorção espúria. Uma SFDR mais alta indica melhor desempenho na minimização de sinais espúrios indesejados, o que é crucial para manter a integridade do sinal em sistemas que exigem uma ampla faixa dinâmica.
• Número efetivo de bits (ENOB): combina a relação sinal-ruído (SNR) e a faixa dinâmica livre de espúrios (SFDR) em um único indicador. É definido principalmente pelo valor da SFDR e indica quantos bits são efetivamente úteis na aplicação desejada, independentemente da resolução teórica do conversor. Pode-se, de forma aproximada, calcular da seguinte forma: ENOB = SFDR/6,02 + 1,76dB
• Resposta em frequência: descreve o desempenho da parte analógica do conversor em termos de sensibilidade e cobertura de frequência em diferentes frequências de sinal e larguras de banda. Isso garante que o processo de conversão permaneça preciso e consistente em toda a faixa de sinais de entrada esperados.

Além disso, vários fatores externos no design desejado afetam significativamente o desempenho do conversor. Algumas delas são:

• Qualidade do sinal de clock: determina a sincronização do conversor. O ruído de fase, o jitter, os tons espúrios e outras distorções no clock afetam diretamente a precisão do sinal de saída do conversor.
• Fonte de alimentação CC: fornece a energia necessária ao conversor e é frequentemente esquecido, mas é tão importante quanto o sinal de clock. A integridade de potência de corrente contínua adequada é essencial para manter um sinal do conversor limpo e preciso.
• Integridade do sinal na placa: qualquer diafonia ou interferência no design almejado irá interagir e afetar a qualidade do sinal ao redor do conversor.

Como mencionado acima, os novos conversores são capazes de realizar a amostragem de sinais de RF diretamente e são frequentemente chamados de conversores A/D de RF ou conversores D/A de RF. Para esses dispositivos, entra em cena toda a gama de testes de RF. Existem dois indicadores importantes para os conversores de dados nesta área:

• O teste de intermodulação com um sinal de dois tons é o método básico para determinar a distorção e as capacidades de RF.
• Em casos de uso específicos, é realizada a validação de EVM (magnitude do vetor de erro) utilizando a forma de onda desejada para garantir uma baixa taxa de erros de bits.

As novas gerações de conversores de dados de alta velocidade satisfazem a necessidade de larguras de banda em crescimento e de velocidades de transmissão mais elevadas, e apresentam crescentes exigências na velocidade de clock e na potência de processamento digital. Outros aspectos como o baixo consumo de energia e dissipação de calor apresentam desafios adicionais durante o desenvolvimento e na verificação de designs eletrônicos e de radiofrequência.

Nossas soluções de ponta para testes de conversores de dados

A Rohde & Schwarz é a sua parceira inovadora quando se trata de conversores de dados modernos de alta velocidade. Oferecemos soluções de teste e medição que lidam de forma eficaz com os desafios dos testes de conversores de dados.

• Integridade de potência e sinal: os osciloscópios aprimorados com as pontas de prova adequadas para análise de potência e alta velocidade podem validar tanto a integridade de potência quanto a de sinal. Além disso, os analisadores de redes vetoriais com análise no domínio do tempo medem diagramas de olho para qualquer rede que forneça sinais em torno dos conversores.
• Validação de clock: os clocks controlam os conversores. A caracterização de clocks é uma especialidade dos analisadores de ruído de fase. Eles também fornecem medições instantâneas de jitter em um intervalo definível pelo usuário. Uma característica exclusiva do R&S FSWP é o seu analisador de espectro e sinal integrado, que permite também a análise de sinais de saída do conversor D/A no mesmo instrumento.
• Melhor transmissão do sinal de clock: as fontes analógicas da Rohde & Schwarz, especialmente o R&S®SMA100B, são reconhecidos e confiáveis na indústria por revelarem todo o desempenho dos conversores de dados, graças ao menor nível de jitter e de sinais de emissões espúrias.
• Fonte de sinal de entrada limpa: o R&S®SMA100B também funciona como uma excelente fonte limpa de sinal de entrada de onda contínua (CW) para a validação de conversores A/D, enquanto os geradores de sinais vetoriais fornecem qualquer sinal de teste modulado de acordo com a sua aplicação específica.
• Caracterização completa da saída do conversor D/A: os analisadores de sinais oferecem uma visão completa da saída do conversor D/A.
• Fonte de alimentação CC adequada: por último, mas não menos importante, as fontes de alimentação limpas, com o mínimo de ruído e excelente integridade de potência, são essenciais para manter o desempenho ideal do conversor.