CN0237: 超低消費電力、18 ビット、差動 PulSAR ADC ドライバ

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回路の説明

回路集(PDF版), 06/2012 (pdf, 463 kB)
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回路の機能とその利点
  • 18 bit ADC driver circuit
  • Conversions speeds up to 1 MSPS
  • System power disappation at 17 mW
使用されている製品
    アプリケーション: 
  • 電子試験&測定
設計支援用データ
設計支援用データ
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  • Assembly Drawing
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回路機能とその利点

図1に示す回路で使用する18ビット、1 MSPSの超低消費電力ADC AD7982 は、低消費電力の完全差動アンプADA4940-1, によって駆動します。低ノイズ、高精度の5.0 V電圧リファレンスADR395によって、ADCに必要な5 Vを供給します。図1に示したすべてのICは小型パッケージ(3mm×3mm LFCSPまたは3mm×5mm MSOP)を採用しているため、ボードのコストとスペースを低減することができます。

この回路のADA4940-1の消費電力は9 mWを下回ります。18ビット、1 MSPSのADC AD7982の消費電力は、わずか7 mW @ 1 MSPSであり、市販の競合ADCに比べてはるかに低い消費電力です。この消費電力はスループットによっても変化します。ADR395の消費電力はわずか0.7 mWであり、システムの合計消費電力は17 mWを下回ります。

図1. 高性能な18ビット差動ADCドライバ(簡略回路図:すべての接続とデカップリングが図示されているわけではありません)

回路の説明

18ビット、1 MSPSのPulSAR® ADC AD7982など、最新の高分解能SAR ADCは、最適な性能を得るために差動ドライバが必要です。このようなアプリケーションでは、ADCドライバは、差動信号やシングルエンド信号を受け取り、レベル・シフトを行って、ADCの入力を適切なレベルで駆動しなければなりません。

AD7982は、2.5 Vの単電源(VDD)で動作し、低消費電力の高速18ビット・サンプリングADCと汎用のシリアル・インターフェース・ポートを内蔵しています。リファレンス電圧(REF)は、高精度、低ドロップアウト(0.3 V)のバンド・ギャップ・リファレンスADR395から供給し、電源電圧とは無関係に設定できます。ADA4940-1は入力と出力はDC結合され、必要ならば、差動またはシングルエンドから差動への変換を行います。また、駆動信号をバッファします。オペアンプ出力とADC入力との間に、単極、1.8 MHzのR-C(33 Ω、2.7 nF)ノイズ・フィルタが配置されています。このフィルタは、オペアンプ出力とADC入力におけるスイッチング・スパイク(内部のサンプル&ホールド機能によって発生)とを分離する若干の絶縁効果もあります。

ADA4940-1は、7 V電源(+6 Vと-1 V)で駆動します。こうして、ADCへのフルスケール入力に対して0 Vから+5 Vまでスイングしなければならない出力に十分なヘッドルームを提供します。

ゲインは、帰還抵抗(R2=R4)とゲイン抵抗(R1=R3)との比によって設定されます。さらに、この回路を用いて、シングルエンド入力や差動入力を差動出力に変換できます。必要ならば、入力と並列に終端抵抗を接続することができます。入力がシングルエンドであれ差動であれ、アンプの入力インピーダンスは、 MT-076チュートリアルとDiffAmpCalc™差動アンプ計算ソフト・ツールに示すように計算することができます。

R1=R2=R3=R4=1 kΩの場合、シングルエンド入力インピーダンスは、約1.33 kΩです。外付けの52.3 Ω終端抵抗がソースに対する50 Ω終端を提供します。反転入力に25.5 Ωを追加すると(合計1025.5 Ω)、50 Ωソースと、非反転入力を駆動している終端抵抗との並列インピーダンスが均衡します(52.3 Ω || 50 Ω=25.5 Ω)。しかし、差動ソース入力を使用する場合、差動入力インピーダンスは2 kΩです。この場合、必要ならば、各入力を終端するために2本の52.3 Ω終端抵抗を用います。

図2. フルスケールを0.5 dB下回る、20 kHz信号のFFTプロット(32,000ポイント、サンプリング周波数:1 MSPS)

この回路でテストするため、信号発生器で10 V p-pの差動出力を提供しました。VOCM入力は、ノイズ・リダクションのためにバイパスし、5 Vリファレンスでの出力ダイナミック・レンジを最大化するため、1%精度の外付け抵抗によって設定します。2.5 Vの出力同相電圧を使用し、ADA4940-1の各出力は、0 Vと5 Vの間を逆位相でスイングし、ゲイン1と10 V p-pの差動信号をADC入力に提供します。

図2に示すFFT性能は、次のように要約できます。

  • SNR = 95.06 dBFS (高調波を除く)
  • SINAD = 95.03 dBFS
  • SFDR = 105.02 dBFS
  • THD = −115.89 dBFS

INL性能とDNL性能を図3に示します。

図3. 20 kHz信号のINL/DNLプロット(サンプリング周波数:1 MSPS)

バリエーション回路

この回路は、図に示された部品値を使用することによって優れた安定性と高精度を提供します。最大限望ましい性能を達成するために、ほかのA/DコンバータをAD7982に置き換えて使うこともできます。ADA4940-1/ ADA4940-2 は、性能の低下を最小限に抑えながら16/18ビットADCを駆動するには最適です。もっと高速のサンプリング速度を提供する18ビットADCには、AD7984 (1.33 MSPS)およびAD7986MSPS)があります。差動の16ビットADCには、AD7688 (500 kSPS)および AD7693 (500 kSPS)があります。

ADA4940-1/ADA4940-2は、レールtoレール出力であるため、AC性能の大きな劣化なしに各電源レールの0.5 V以内で駆動することができます。速度、入力インピーダンス、またはその他の要素が重要なアプリケーションの場合、 AD8137ADA4941-1 などの差動ADCドライバによってADA4940-1を置き換えることもできます。

回路評価とテスト

この回路は、修正したEVAL-AD7982SDZ PulSAR AD7982評価用ボードをコンバータ評価開発ボード (EVAL-CED1Z)に接続してテストしました。AD7982評価用ボードは、ADA4940-1差動ADCドライバとADR395リファレンスに対応するように修正しました。

EVAL-AD7982SDZは、18ビットPulSAR ADC AD7982の性能と機能を単独で簡単にテストするためのお客様用の評価ボードです。

EVAL-CED1Zボードは、アナログ・デバイセズの高精度コンバータを使用したシステムの評価、デモンストレーション、開発向けに設計されたプラットフォームです。このボードは、図4と図5に示すように、コンバータとPC間の必要な通信機能、デバイスのプログラムまたは制御機能、USBリンクによるデータの送受信機能を提供します。

図4. PulSAR ADC評価用プラットフォーム
図5. テスト・セットアップの機能ブロック図

必要な装置
2枚の評価用ボードに加えて、ADA4940-1には+6 Vと-1 Vの外部電源も必要です。EVAL-CED1ZにはACアダプタから+7.5 V DC電圧を供給しました。AD7982評価用ボードのその他の適切な電圧は、EVAL-CED1Zから供給しました。

必要な性能を実現するために、低歪みの信号源であるAudio Precision® SYS-2702を使用しました。PulSAR評価用ソフトウェアを実行するために、Windows® XPまたはWindows 7搭載のUSBポート付きPCを使用しました。

測定の準備
ソフトウェアは、以下の説明に基づいてインストールしました。www.analog.com/EVAL-CED1Zおよびwww.analog.com/AD7982_adc_EVAL-CED1Z

修正したAD7982評価用ボードをEVAL-CED1Zに接続しました。+7.5 VのACアダプタをEVAL-CED1Zに接続しました。+6 Vと-1 Vの外部電源をAD7982評価用ボードに接続しました。

セットアップとテスト
AD7982評価用ボードに入力信号を供給するために、信号源としてAudio Precision SYS-2702を使用しました。LabVIEW®ベースのPulSAR評価用ソフトウェアを使用して、Audio Precisionの入力信号を制御し、ADCの入力と出力を監視しました。

このソフトウェアを使用すれば、図2、図3、図4に示すように、INL、DNL、FFTデータの収集と処理を実行できます。

この回路に使用されている製品&サンプル:

製品 概要 サンプルが入手可能な製品
AD7982 18ビットA/Dコンバータ、1MSPS、PulSAR®、7.0mW AD7982BRMZ AD7982BCPZ-RL7
ADA4940-1 ADC ドライバ用アンプ、シングル、超低消費電力、低ひずみ性能 ADA4940-1ACPZ-R7 ADA4940-1ARZ
ADA4940-2 ADC ドライバ用アンプ、デュアル、超低消費電力、低ひずみ性能 ADA4940-2ACPZ-R7
ADR395 電圧リファレンス、5.0V、高精度、マイクロパワー、低ノイズ ADR395AUJZ-REEL7
沪ICP备09046653号
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