サーキット・ノート | 8～14ビットD/AコンバータAD5450／AD5451／AD5452／AD5453を用いた、ユニポーラ、高精度、DC変換D/Aコンバータ回路

アナログ・デバイセズの技術者が実験により得た有意義な回路情報を皆様とシェアします。アナログ・デバイセズ製品の組み合わせを素早く回路に実現することが可能であり、確信をもって皆様の製品に組み込んでいただくことが可能です。詳細は、Circuits from the Lab／実用回路集についての説明と免責条項を記したページをご覧ください。

アナログ・デバイセズ社の「Circuits from the Lab／実用回路集」は弊社エンジニアによって設計・作成されたものです。各回路の設計と作成には標準的な技術手法を用い、回路の機能および性能は実験室環境下で室温により試験・動作確認されています。しかし、回路の試験を実施し、利用およびアプリケーションに対する回路の適合性・適用性を決定するのはお客さまの責任となります。したがって、アナログ・デバイセズ社は、「Circuits from the Lab／実用回路集」の利用に関して直接的、間接的、偶発的、結果的、懲罰的、または特殊な損害賠償に対する一切の責任を負いません。また、添付資料の「バリエーション回路（Common Variations）」の項で説明している回路のバリエーションについては、必ずしも作成・試験されているわけではありません。

「Circuits from the Lab／実用回路集」はアナログ・デバイセズ社製品専用に作られており、アナログ・デバイセズ社またはそのライセンスの供与者の知的所有物です。お客さまは製品設計で「Circuits from the Lab／実用回路集」を使用することはできますが、その回路例を利用もしくは適用したことにより、特許権またはその他の知的所有権のもとでの暗示的許可、またはその他の方法でのライセンスを許諾するものではありません。アナログ・デバイセズ社の提供する情報は正確でかつ信頼できるものであることを期しています。しかし、「Circuits from the Lab／実用回路集」は現状のまま、かつ商品性、非侵害性、特定目的との適合性の暗示的保証を含むがこれに限定されないいかなる種類の明示的、暗示的、法的な保証なしで供給されるものであり、アナログ・デバイセズ社はその利用に関して、あるいは利用によって生じる第三者の特許権もしくはその他の権利の侵害に関して一切の責任を負いません。アナログ・デバイセズ社はいつでも予告なく「Circuits from the Lab／実用回路集」を変更する権利を留保しますが、それを行う義務はありません。商標および登録商標は各社の所有に属します。
© 2008 Analog Devices, Inc. All rights reserved.

8～14ビットD/AコンバータAD5450／AD5451／AD5452／AD5453を用いた、ユニポーラ、高精度、DC変換D/Aコンバータ回路

(CN0052)

このページを印刷する

カテゴリ:	乗算型
特長:	高性能, 高精度
アプリケーション:	計測機器, プロセス・コントロール

回路機能とその利点

このドキュメントで説明されている回路は、高性能、ユニポーラの高精度のDAC構成回路で、高精度乗算型D/AコンバータのAD5450／AD5451／AD5452／AD5453ファミリー、低ノイズ、高精度オペアンプOP177と高精度リファレンスADR01を用いています。精度という点で回路全体のDC性能を決定するオペアンプとして、OP177、高精度、低ノイズオペアンプは、このような性能を必要とするアプリケーションにとっては非常に適しています。この回路ではまた高精度、高安定な10V電圧リファレンスであるADR01を使っています。電圧リファレンスの温度係数と長期間でのドリフト特性を重点的に考慮しているため、高精度の変換を必要とするアプリケーションにとっては、この製品は理想的な候補デバイスです。

図1．ユニポーラ高精度DC構成回路

回路説明

AD5450／51／52／53CMOS、電流出力D/Aコンバータを使ったこの回路は、それぞれ8ビット、10ビット、12ビットと14ビットの動作を提供します。これらは電流出力D/Aコンバータであるため、D/Aコンバータの出力において電流–電圧（I-V）変換器を必要とします。オペアンプのバイアス電流とオフセット電圧は両方とも、高精度な電流出力D/Aコンバータのためには、重要な選択基準となり、ここでの回路は、超低オフセット電圧とバイアス電流を備えたOP177を使っています。OP177とAD5450／51／52／53は、図1に示すように2象限乗算動作、あるいはユニポーラ出力の電圧振幅を提供する回路を容易に構成することができます。AD5450／51／52／53は5V　CMOSプロセスで設計されており、2.5V～5.5VのV_DD電源で動作します。AD5450／51／52／53は、図1にADR01リファレンスが示さているように、V_REF入力範囲は最大10Vとなっています。このリファレンスは電源電圧（V_DD1）として最低12Vを必要とし、同じ電源が出力アンプ用の電源として使われています。

出力アンプをユニポーラ・モードで接続した場合、出力電圧は次式で与えられます。

V_OUT = -V_REF (D/2^N)

ここで、DはD/Aコンバータにデジタル的にロードされるコードの10進数で、Nはビット数（D=0～255（8ビットAD5450）、D=0～1023（10ビットAD5451）、D=0～4095（12ビットAD5452）、D=0～16383（14ビットAD5453））です。

オペアンプの入力オフセット電圧は、回路の可変ゲインにより乗算されます（コードに依存するDAC出力抵抗によりゲインが変化します）。隣接する2つのデジタル値の間でのこのノイズ・ゲインが変化するため、アンプの入力オフセット電圧に起因して出力電圧のステップ変化が発生します。この出力電圧変化が2つのコード間の正常な出力に重畳されるため、微分直線性誤差を発生させ、非常に大きい場合には、DACの非単調性の原因になります。一般に、入力オフセット電圧はLSBのごくわずか以下に抑えて、各コード間での単調性を保証する必要があります。

相対精度あるいはエンドポイント非直線性は、DAC回路の精度性能を決定する技法として最も広く使われています。ここでは、DAC伝達関数の両端を結ぶ直線からの最大の偏差を測定しています。ゼロとフルスケールを校正した後に測定し、通常はLSBで表示されます。図2は、14ビットDAC、AD5453とOP177アンプを使った図1で示した回路の性能を示しています。

図2．AD5453回路の相対精度プロット

精度が重要な回路では、必ず電源とグラウンド・リターンのレイアウトを注意深く行うことが、定格性能の保証に役立ちます。AD5450／51／52／53、DACを実装するプリント回路ボードは、アナログ部分とデジタル部分を分離して、ボードの一定領域にまとめて配置するようにデザインする必要があります。複数のデバイスがAGNDとDGNDの接続を必要とするシステム内でDACを使用する場合は、この接続は1ヵ所で行う必要があります。デバイスのできるだけ近くに星型のグラウンド・ポイントを構成する必要があります。これらのDACに対しては、10µFと0.1µFの並列接続により十分な電源バイパスをパッケージのできるだけ近くの電源に、理想的にはデバイスに直接に接続する必要があります。0.1µFコンデンサは、高周波でグラウンドに対する低インピーダンス・パスを提供するセラミック型のような等価直列抵抗（ESR）が小さく、かつ等価直列インダクタンス（ESI）が小さいものを使って、内部ロジックのスイッチングに起因する過渡電流を処理する必要があります。小さいESRを持つ1～10µFのタンタル・コンデンサまたは電解コンデンサも電源に接続して、過渡電圧を抑え、かつ低周波リップルを除去する必要があります。V_REFとR_FBの間のPCBメタル・パターンは、ゲイン誤差を小さくするためにマッチングさせる必要があります。最適な高周波性能を得るためには、I/VアンプをDACのできるだけ近くに配置する必要があります。AD5450／51／52／53のデータシート上の図61～64に、この検証回路を作成する場合のレイアウトを示しています。

バリエーション回路

OP1177とAD8065は、I-V変換回路として、その他の優れたオペアンプ候補といえます。これらの製品も低オフセットと低バイアス電流を兼ね備えています。

10.0V出力のADR01は、同じファミリーの低ノイズ・リファレンス、それぞれ5.0 Vと2.5 Vを提供するADR02とADR03に置き換えることができます。ADR445とADR441、超低ノイズ・リファレンスも、それぞれ5.0Vと2.5Vを提供する適切な置換製品です。リファレンス入力電圧のサイズは、選択されたオペアンプのレールtoレール電圧によって制限されます。

ご意見、ご提案などございましたら、アナログ・デバイセズ広報・宣伝部にメールにてお知らせください。

更新年月 2009年08月

回路機能とその利点
回路説明
バリエーション回路

この回路に使われている製品
この回路の製品サンプルを入手する
評価＆設計ツール
関連情報

Circuits from the Lab／実用回路集についてご質問やご意見などございませんか？ご質問やご意見は、技術サポートまでお知らせください。

AD5450:

AD5450: シリアル・インターフェース、8ビット高帯域幅乗算DAC

AD5450は、それぞれ8ビットのCMOS電流出力D/Aコンバータ（DAC）です。＋2.5～＋5.5Vの電源で動作するため、バッテリ駆動のアプリケーションなどに適しています。
これらのDACは、SPI®、QSPI™、MICROWIRE™、大部分のDSPインターフェース規格と互換性を持つダブル・バッファ付き3線式シリアル・インターフェースを採用しています。パワーアップ時には、内部のシフト・レジスタとラッチにゼロが設定され、DAC出力はゼロスケールになります。As a result of manufacture on a CMOS sub micron process, they offer excellent four quadrant multiplication characteristics, with large signal 続きを見る

データシート Rev 0, 08/2005 (pdf 631kB)

シリアル・インターフェース、8ビット高帯域幅乗算DAC
データシート Rev 0, 08/2005 (pdf 631kB)
AD5451:

AD5451: シリアル・インターフェース、10ビット高帯域幅乗算DAC

AD5451は、それぞれ10ビットのCMOS電流出力D/Aコンバータ（DAC）です。＋2.5～＋5.5Vの電源で動作するため、バッテリ駆動のアプリケーションなどに適しています。
これらのDACは、SPI®、QSPI™、MICROWIRE™、大部分のDSPインターフェース規格と互換性を持つダブル・バッファ付き3線式シリアル・インターフェースを採用しています。パワーアップ時には、内部のシフト・レジスタとラッチにゼロが設定され、DAC出力はゼロスケールになります。As a result of manufacture on a CMOS sub micron process, they offer excellent four quadrant multiplication characteristics, with large signal 続きを見る

データシート Rev 0, 08/2005 (pdf 631kB)

シリアル・インターフェース、10ビット高帯域幅乗算DAC
データシート Rev 0, 08/2005 (pdf 631kB)
AD5452:

AD5452: シリアル・インターフェース、12ビット高帯域幅乗算DAC

AD5452は、それぞれ12ビットのCMOS電流出力D/Aコンバータ（DAC）です。＋2.5～＋5.5Vの電源で動作するため、バッテリ駆動のアプリケーションなどに適しています。
これらのDACは、SPI®、QSPI™、MICROWIRE™、大部分のDSPインターフェース規格と互換性を持つダブル・バッファ付き3線式シリアル・インターフェースを採用しています。パワーアップ時には、内部のシフト・レジスタとラッチにゼロが設定され、DAC出力はゼロスケールになります。As a result of manufacture on a CMOS sub micron process, they offer excellent four quadrant multiplication characteristics, with large signal 続きを見る

データシート Rev 0, 08/2005 (pdf 631kB)

シリアル・インターフェース、12ビット高帯域幅乗算DAC
データシート Rev 0, 08/2005 (pdf 631kB)
AD5453:

AD5453: シリアル・インターフェース、14ビット高帯域幅乗算DAC

AD5453は、それぞれ14ビットのCMOS電流出力D/Aコンバータ（DAC）です。＋2.5～＋5.5Vの電源で動作するため、バッテリ駆動のアプリケーションなどに適しています。
これらのDACは、SPI®、QSPI™、MICROWIRE™、大部分のDSPインターフェース規格と互換性を持つダブル・バッファ付き3線式シリアル・インターフェースを採用しています。パワーアップ時には、内部のシフト・レジスタとラッチにゼロが設定され、DAC出力はゼロスケールになります。サブミクロンCMOSプロセスでの製造の結果、10MHzの大信号乗算帯域幅を備えた、優れた4象限乗算特性が実現されています。
出力電流は、外部リファレンス入力電圧（V_REF）により決定されます。＋2.5～＋5.5Vの単電源で動作するにもかかわ続きを見る

データシート Rev 0, 08/2005 (pdf 631kB)

シリアル・インターフェース、14ビット高帯域幅乗算DAC
データシート Rev 0, 08/2005 (pdf 631kB)
AD8065:

AD8065: 高性能145MHz、FastFET™オペアンプ

p>AD8065／AD8066* FastFET™アンプは、きわめて高性能で使いやすいFET入力を備えた電圧フィードバック・アンプです。AD8065はシングル・アンプで、AD8066はデュアル・アンプです。このFast FETアンプは、アナログ・デバイセズ独自のXFCBプロセスにより、超低雑音の動作（7.0nV/√Hzと0.6fA/√Hz）ときわめて高い入力インピーダンスを実現しています。

AD8065／AD8066は、5～24Vの広い電源電圧範囲、単一電源で動作可能な能力、および145MHzの帯域幅を備え、さまざまなアプリケーションで機能するように設計されています。汎用性をさらに向上するため、アンプには、レール・ツー・レール出力も備わっています。

低価格にもかかわらず、このアンプは全体に渡って優れた性能を提供します。微分ゲインと続きを見る

データシート Rev 0, 05/2002 (pdf 2079kB)

高性能145MHz、FastFET™オペアンプ
データシート Rev 0, 05/2002 (pdf 2079kB)
ADR01:

ADR01: 10.0V電圧リファレンス、バンドギャップ型、超小型、高精度、高安定、低消費電力

ADR01、ADR02、ADR03とADR06は、それぞれ高精度な10.0V、5.0V、2.5Vと3.0Vのバンドギャップ型電圧リファレンスで、高精度、高安定、低消費電力を特長としています。これらの製品は、非常に小型な5ピンのSC70とTSOPパッケージまたは8ピンのSOICパッケージを採用しています。ADR01、ADR02、とADR03のSOICバージョンは、業界標準のREF01、REF02とREF03の新しい置き換え製品¹です。このように小さなフットプリントと広い動作範囲を持つADR0xリファレンスは、汎用あるいは省スペースを要求するアプリケーションに最適です。
外部バッファと簡単な抵抗ネットワークを使うと、TEMP端子を温度検出として使うことが可能です。TRIM端子は、出力電圧のファイン校正として使うことができます。
ADR01 続きを見る

データシート Rev L, 12/2008 (pdf 1553kB)

10.0V電圧リファレンス、バンドギャップ型、超小型、高精度、高安定、低消費電力
データシート Rev L, 12/2008 (pdf 1553kB)