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Messung der integralen dynamischen Nichtlinearität hochauflösender Analog-Digital-Umsetzer

18.02.2005

Analog-Digital-Umsetzer (ADU) sind in der Messtechnik seit über 30 Jahren im Einsatz. Der ständige technologische Fortschritt in der Halbleiterindustrie bringt immer neue und modernere ADUs zunehmender Auflösung auf den Markt. Somit werden neuartige, technisch interessante und ökonomisch attraktivere Möglichkeiten in der digitalen Signalverarbeitung eröffnet. Gleichzeitig wachsen die metrologischen Herausforderungen an die genaue Charakterisierung solcher Elemente. In der Arbeitsgruppe „Grundlagen der Energiemesstechnik" wurde ein neues Verfahren zur Charakterisierung dynamischer Eigenschaften mit Hilfe einer Josephson Wechselspannungsquelle für ADUs höherer Auflösung entwickelt. Die Messmethode basiert auf dem Abtasten der genau bekannten Spannungswerte eines mit Josephson-Binärarrays synthetisierten Wechselspannungssignals. Die Anwendung der diskreten Fourier Transformation (DFT) auf den Satz der Abtastwerte des zu untersuchenden ADUs erlaubt eine genauere Bestimmung dessen dynamischer Eigenschaften wie z.B. der integralen Nichtlinearität, der Hysterese und des Rauschens. Somit können in der Praxis die Unvollkommenheiten des Analog-Digital-Umsetzers während der Abtastung von Wechselspannungssignalen weitestgehend korrigiert und dadurch die Messunsicherheiten deutlich reduziert werden. Die Methode stellt einen wesentlichen Beitrag zur Bewahrung und Weitergabe der Einheiten der Wechselstromgrößen im Niederfrequenzbereich (von DC bis etwa 1 kHz) mit der Technik der digitalen Abtastung dar.