JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
Linköpingsföretaget SP Devices har utvecklat en algoritm som kan krama mer prestanda ur dagens bästa AD-omvandlare än någon annan. Inom kort släpper företaget ett datainsamlingskort som kan direktsampla en signal på närmare 400 MHz. Målet är att den egna tekniken ska vara det naturliga valet vid AD-omvandling om fem år.
I slutet av februari lanserar SP Devices sin andra standardprodukt – men den första som bygger på företagets specialitet: tidsinterleaving.

– Om några veckor släpper vi ett datainsamlingskort som kan sampla 800 miljoner gånger per sekund och har 14 bitars upplösning. Det blir något i hästväg. Det finns ingen liknande produkt på marknaden idag, säger Jonas Nilsson, vd på SP Devices.

Kortet kombinerar gränssnitten PXI Express och USB. Den höga hastigheten når man med två avancerade AD-omvandlare från Texas Instruments som tidsflätas – interleavas – ihop för att nå dubbla samplingshastigheten.

– Den blir en rolig produkt. Vill man bygga en FM-radio kan man ta kortet och direktsampla på en antenn så kan man skriva sin FM-radio i mjukvara, säger Jonas Nilsson.

Han har all rätt att vara nöjd. Det lilla företaget har utvecklat något ingen annan lyckats med, men så ligger det också mångårig forskning bakom den teknik som nu givit resultat.

– För att flera AD-omvandlare ska fungera som en enhet måste de vara identiska. I huvudsak är det tidsfel, gain och offset som ställer till problem i form av oönskade effekter i den sammansatta signalen, så kallad vikning, säger Per Löwenborg på SP Devices, en av fyra grundare och doktor i elektroniksystem.

SP Devices hemlighet är en mycket avancerad signalbehandling som får två eller flera parallellkopplade AD-omvandlare att se ut att vara identiska.

För att lyckas fullt ut jobbar man med estimering och korrigering. Algoritmen kan liknas vid två block. Det ena, estimatorn, tittar direkt på utsignalen från de AD-omvandlare som ska sammanflätas. Estimatorn beräknar skillnaden i offset, gain och timing mellan de olika omvandlarna och skickar resultatet till det andra blocket, rekonstruktorn, som tar bort felen och pusslar ihop allt till en ren signal utan vikning.

– Det riktigt unika för oss är att vi kan mäta felen innan korrigering. Det är vi ensamma om att klara. Det är mycket svårt att göra det hela tiden och få det robust. Det är ren rå signalbehandling. Det är därför vi har sju doktorer i signalbehandling i företaget, säger Jonas Nilsson och ler.

Det allra svåraste är att korrigera för tidsfelen, alltså felen som uppstår för att samplen inte sker med exakt mellanrum. En AD-omvandlare som samplar 400 miljoner gånger per sekund har tidsfel som är i storleksordningen en fjärdedels pikosekund.

– Det är oerhört små tidsfel att ta hand om. Det inte ens är lätt att hitta mätapparatur som kan klara detta. Tänk dig då att kunna extrahera så små fel i en brusig miljö. Vår styrka är att vi kan estimera dessa små fel, säger Per Löwenborg.

Till en början siktar SP Devices in sig på att använda sin teknik i tillämpningar där inget annat duger. Där finns vanligtvis ganska stor pengabudget och effektbudget, vilket gör att vassa AD-omvandlare med FPGA:er som fixar signalbehandlingen passar bra.

Men algoritmen kan likaväl användas för att minska effektförbrukningen, kapa utvecklingskostnaden eller minska utvecklingstiden i olika projekt.

Poängen är att två enklare AD-omvandlare oftast ger en billigare lösning än om en avancerad används. Använder man dessutom en enklare AD-omvandlare sedan tidigare, men behöver högre prestanda, så kan utvecklingstiden kortas avsevärt om man kan ta ytterligare en välkänd omvandlare istället för en ny som är mer avancerad.

– Ta vilka två AD-omvandlare som helst med en upplösning på 10 till 16 bitar, koppla dem till vår algoritm och du får en dubbelt så snabb AD-omvandlare med bibehållen upplösning, säger Jonas Nilsson.

Hittills har man testat sin algoritm på upp till 16 parallella omvandlare med gott resultat.

En annan drivkraft för SP Devices är att licensiera algoritmen i form av ett ip-block till halvledarbolag. Vinsten på kiselnivå är densamma som med diskreta kretsar. Prestanda kan ökas markant men man kan också välja att optimera mot billigare och mer effektsnåla kretsar.

– Den prestanda som vi erbjuder har inte varit möjlig i vanlig CMOS tidigare. Istället har man varit tvingad att gå till dyrare bipolär teknik. Idag talar vi med en

FAKTA 

SP Devices ligger i Linköping och grundades år 2004.

Förra året tog SP Devices över Infineons personal och utrustning i Linköping. Idag har företaget 21 anställda.

SP Devices ägs av de fyra grundarna samt SEB Venture Capital, som investerat runt 30 miljoner kronor i företaget.
 
 

handfull halvledarföretag som utvecklar och tillverkar AD-omvandlare, säger Jonas Nilsson hemlighetsfullt.


SP Devices har redan utvecklat ett testchip tillsammans med Infineon, främst för att utvärdera tekniken. För att få en uppfattning om hur stor del ip-blocket tar i en konstruktion visar Jonas Nilsson upp Infineonchipet. Där finns två AD-omvandlare med 12 bitars upplösning och som samplar 200 miljoner gånger per sekund. Algoritmen upptar cirka en femtedel av kiselytan.

– Men en viktig aspekt är ju att den digitala kostnaden är på väg nedåt hela tiden, medan den analoga ligger fixt. Så ju längre vi sitter här, desto större fördel har vi av att flytta över problemet i den digitala domänen. Om vår algoritm tar upp 20 procent idag så kommer den bara att ta upp 10 procent om något år, säger professor Håkan Johansson, medgrundare av SP Devices.

Intressant är också att man kan uppnå samma prestanda genom att integrera fyra hälften så snabba omvandlare på ett kisel samtidigt som både den totala chipytan och effektförbrukningen minskar.

– Vår algoritm kan ge fördelar i många dimensioner och om fem år ska vår interleaving vara det naturliga sättet att göra AD-omvandling på. Man plockar ihop sina AD-omvandlingsblock och så lägger man till vår algoritm, säger Jonas Nilsson.
ANNONS:

Oktoberchansen

Vill du ha en Raspberry Pi – den populära enkortsdatorn från Farnell element14?
    Vi delar ut tio Raspberry Pi 3 Model B+ bland de som tecknar en ny prenumeration på Elektroniktidningen under september och oktober. Även trogna prenumeranter som förnyar sina uppgifter kan delta i kampanjen.
    Farnell element14 sponsrar kampanjen, som pågår fram till midnatt den 31 oktober.
    OBS glöm inte att kryssa i rutan för nyhetsbrev för att kunna vara med i utdelningen!
Prenumerera och delta!
MER LÄSNING:
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)