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Analog Devices AD7111

AD7111

Der AD7111 is ein von Analog Devices entwickelter 17Bit-Digital-Analog-Wandler, der eine logarithmische Abstufung bietet. Das Datenblatt gibt einen Dynamikbereich von 88,5dB mit einer Schrittweite von 0,375dB an. Das Datenblatt bewirbt weiter, dass der AD7111 pin- und funktionskompatibel zu den gängigen 8Bit-Digital-Analog-Wandlern ist und diese entsprechend vorteilhaft ersetzen kann.

 

AD7111 Genauigkeit

Die gewünschte Dämpfung stellt der AD7111 innerhalb von 3µs ein. Der Index K weist eine Variante mit einer etwas reduzierten Genauigkeit aus. Für eine Schrittweite von 0,375dB wäre eine maximale Ungenauigkeit von +/-0,17dB ideal. Laut Datenblatt kann dieser Wert aber nur bis zu einer Abschwächung von 30dB gehalten werden. Die Monotonie bleibt dabei bis 48dB erhalten. Gibt man sich mit 6dB-Schritten (13Bit) zufrieden, so hält der AD7111 die dann zulässige Ungenauigkeit von +/-2,7dB immerhin bis zu einer Dämpfung von 60dB. Im vollen Betriebstemperaturbereich können die +/-2,7dB nur bis 48dB gehalten werden.
Die Ungenauigkeit schränkt die theoretische Auflösung von 17Bit sehr stark ein. Für viele Anwendungsbereiche, zum Beispiel in Audio-Schaltungen, sind diese Fehler allerdings nicht entscheidend.

 

AD7111 Blockschaltbild

Der 8Bit breite Datenbus ermöglicht keinen direkten Zugriff auf die 17Bit des eigentlichen Digital-Analog-Wandlers. Die sogenannte Decode Logic übersetzt die eingehenden 8Bit in 236 einzelne 0,375dB-Schritte und steuert den 17Bit-DAC entsprechend an.

Der AD7111 benötigt einen externen Operationsverstärker, um einen Spannungsausgang darstellen zu können. Wie üblich in solchen Fällen enthält der Baustein den dazu notwendigen Feedbackwiderstand. Durch die Integration des Rückkopplungswiderstands verhält sich dieser ähnlich wie die pegelbestimmenden Widerstände und Drifteffekte können sich kompensieren.

 

AD7111 Die

Die Abmessungen des Dies betragen 3,7mm x 2,7mm. Die Fertigung erfolgte laut Datenblatt mit dem LC²MOS-Prozess, der es ermöglicht bipolare Schaltungsteile mit Low-Power-CMOS zu kombinieren.

 

AD7111 Die Detail

Es finden sich zehn Maskenkennzeichnungen auf dem Die. Die Buchstaben lassen vermuten, dass der Maskensatz nach dem initialen Entwurf nur minimal überarbeitet werden musste.

Oben rechts im Bild befindet sich eine Teststruktur, die einen MOSFET abzubilden scheint.

 

AD7111 Die Detail

In einer anderen Ecke des Dies befindet sich eine weitere Testruktur, die ebenfalls einen MOSFET darzustellen scheint, aber etwas anders aufgebaut ist. Höchstwahrscheinlich wurde ein n-Kanal und ein p-Kanal MOSFET abgebildet.

Die Zeichen JR und BH könnten die Initialen der Entwickler sein. Die Zeichen 3N lassen sich nicht zuordnen.

 

AD7111 Die Detail

Der Digital-Analog-Wandler basiert auf einem R2R-Netzwerk. Die Strukturen erinnern an den AD7535. Auffällig sind hier die zusätzlichen "Schutzstrukturen". Der ganz links platzierte Feedback-Widerstands ist von Dummy-Widerständen umgeben. Oftmals sollen solche Dummy-Strukturen sicherstellen, dass die inneren Strukturen gleichmäßig gefertigt werden. In diesem Fall scheint es aber wahrscheinlicher, dass die zusätzlichen Streifen Leckströme reduzieren sollen. Zwischen allen Widerstandspaaren des R2R-Netzwerks sind ebenfalls abschirmende Widerstandstreifen eingezogen und zusätzlich über die ganze Länge an das Massepotential angebunden. Oberhalb des R2R-Netzwerks ist eine Stichleitung platziert und an VDD angebunden. Anscheinend sollte hier das Vin-Potential abgeschirmt werden.

Unterhalb des R2R-Netzwerks sind die Umschalttransistoren zu erkennen. Für die ersten beiden Bits wurden größere Transistoren integriert, was für ähnliche Stromdichten und somit ein möglichst gleiches Verhalten sorgt. Bei den restlichen Bits waren die Anforderungen offensichtlich geringer. Dort hat man auf eine weitere Abstufung der Transistorflächen, wie sie zum Beispiel im AD7535 umgesetzt wurde, verzichtet.

Nach unten hin sind die 17 differentiellen Steuerleitungen zu erkennen.

 

AD7111 Die Detail

Von oben nach unten durchlaufen die 17 Steuersignale mehrere Schaltungsblöcke, die jeweils aus 17 Elementen aufgebaut sind. Darin enthalten ist der Zwischenspeicher des Digital-Analog-Wandlers.

 

AD7111 Die Detail

Der schräg aufgebaute Bereich stellt anscheinend den Dekoder dar, der die 17 Steuersignale des Digital-Analog-Wandlers so bedient, dass sich für das Ausgangssignal eine logarithmische Abstufung ergibt. Von unten führen 15 Potentiale in den Bereich und werden treppenförmig, diagonal weitergeleitet. Von rechts führen 6 Potentiale in den Bereich.

 

AD7111 Die Detail

Die Aufbereitung der 21 Steuersignale des Decoders aus den acht Eingangssignalen erschließt sich nicht ohne Weiteres. Die Zwischenspeicher der digitalen Schnittstelle, befinden sich in den vereinzelten rechteckigen Bereichen, die neben den jeweiligen Bondpads platziert sind.

 

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