ミサイルおよび高精度軍用品

ADIS16490は、3軸ジャイロスコープと3軸加速度センサーを備えた全機能内蔵型慣性システムです。ADIS16490内の各慣性センサーは、業界最先端のiMEMS^®技術と、ダイナミック性能を最適化する信号処理技術を組み合わせています。各センサーの感度、バイアス、位置合わせ、及び加速度の直線化（ジャイロ・バイアス）は、工場での校正で特性化されています。この結果、各センサーは、それ自身のダイナミックな補正式を備え、正確なセンサー計測を行う事ができます。 

ADIS16490は、工業用システムに対し、高精度な多軸の慣性センサーを集積するための（特にデスクリート設計に関わる複雑さと投資を比較した時）簡潔でコスト効率の良い解決法を提供します。製品に必要なモーション・テストや校正はすべて工場内で行われる生産工程の一部ですので、システムを統合する時間を大幅に短縮できます。タイトな直交アライメントにより、ナビゲーション・システムの慣性フレーム・アライメントが簡単になります。SPIとレジスタ構造は、データ収集と設定制御のための簡潔なインターフェースを提供します。 

ADIS16490は、ADIS16375、ADIS16480、 ADIS16485、ADIS16488Aと同じフットプリントとコネクター・システムを採用していますので、アップグレード処理は大幅に簡素化されます。この製品は、約47mm×44mm×14mmのモジュールで供給され、標準コネクタ・インターフェースを持っています。 

アプリケーション

• 高精度計測機器の安定化
• 誘導、ナビゲーション、制御
• 航空電子機器、無人車
• 高精度自律マシーン、ロボット

ADIS16495 は、3 軸ジャイロ・センサーと 3 軸加速度センサーを備えたフル機能の慣性システムです。ADIS16495 内の各慣性センサーは、業界最先端の iMEMS® 技術と、動的性能を最適化するシグナル・コンディショニングを組み合わせています。工場出荷時の補正で、各センサーの感度、バイアス、アライメント、直線加速度（ジャイロ・センサー・バイアス）の特性が評価されています。その結果、各センサーは個別に動的補正式を備えており、高精度なセンサー計測を行います。

ADIS16495 は、特にディスクリート部品を使った設計に伴う複雑さや投資と比較した場合、工業用システムに高精度な多軸慣性センシングを組み込むための簡単で費用対効果の優れた解決法を提供します。すなわち、必要なモーション・テストと補正がすべて工場での製造工程に組み込まれているため、システムを統合する時間を大幅に短縮できます。厳密な直交アライメントにより、ナビゲーション・システムの慣性フレーム・アライメントが簡単になります。シリアル・ペリフェラル・インターフェース（SPI）やレジスタ構造により、データ収集や設定制御とのインターフェースもシンプルです。

ADIS16495 のフットプリントとコネクタ・システムにより、ADIS16375、ADIS16480、ADIS16485、ADIS16488A、および ADIS16490 から容易にアップグレードできるようになっています。ADIS16495 は約 47 mm × 44 mm × 14 mm のアルミニウム・パッケージに収容されており、標準コネクタ・インターフェースを備えています。

アプリケーション

• 高精度計測器、安定化
• ガイダンス、ナビゲーション、制御
• 航空電子機器、無人車両
• 高精度自律マシン、ロボティクス

ADIS16497 は、3 軸ジャイロ・センサーと 3 軸加速度センサーを備えたフル機能の慣性システムです。ADIS16497 内の各慣性センサーは、業界最先端の iMEMS® 技術と、動的性能を最適化するシグナル・コンディショニングを組み合わせています。工場出荷時の補正で、各センサーの感度、バイアス、アライメント、直線加速度（ジャイロ・センサー・バイアス）の特性が評価されています。その結果、各センサーは個別に動的補正式を備えており、高精度なセンサー計測を行います。

ADIS16497 は、特にディスクリート部品を使った設計に伴う複雑さや投資と比較した場合、工業用システムに高精度な多軸慣性センシングを組み込むための簡単で費用対効果の優れた解決法を提供します。すなわち、必要なモーション・テストと補正がすべて工場での製造工程に組み込まれているため、システムを統合する時間を大幅に短縮できます。厳密な直交アライメントにより、ナビゲーション・システムの慣性フレーム・アライメントが簡単になります。シリアル・ペリフェラル・インターフェース（SPI）やレジスタ構造により、データ収集や設定制御とのインターフェースもシンプルです。

ADIS16497 のフットプリントとコネクタ・システムにより、ADIS16375、ADIS16480、ADIS16485、ADIS16488A、および ADIS16490 から容易にアップグレードできるようになっています。ADIS16497 は約 47 mm × 44 mm × 14 mm のアルミニウム・パッケージに収容されており、標準コネクタ・インターフェースを備えています。

アプリケーション

• 高精度計測器、安定化 
• ガイダンス、ナビゲーション、制御
• 航空電子機器、無人車両 
• 高精度自律マシン、ロボティクス

ADIS16470は、3軸ジャイロ・センサーと3軸加速度センサーを備えた小型のMEMS慣性計測ユニット（IMU）です。ADIS16470 内の各慣性センサーは、業界最先端の iMEMS^® 技術と、動的性能を最適化するシグナル・コンディショニングを組み合わせています。工場出荷時の校正で、感度、バイアス、アライメント、線形加速度（ジャイロ・センサーのバイアス）、振動点（加速度センサーの位置）について各センサーの特性評価を行っています。これにより、各センサーは幅広い条件にわたり正確なセンサー測定のための動的な補正を行うことができます。

ADIS16470 は、特にディスクリート部品を使った設計に伴う複雑さや投資と比較した場合、工業用システムに高精度な多軸慣性センシングを組み込むための簡単で費用対効果の優れた解決法を提供します。すなわち、必要なモーション・テストと補正がすべて工場での製造工程に組み込まれているため、システムを統合する時間を大幅に短縮できます。厳密な直交アライメントにより、ナビゲーション・システムの慣性フレーム・アライメントが簡単になります。SPI とレジスタ構造により、データ収集と設定制御のためのインターフェースもシンプルです。

ADIS16470 は、約 11 mm × 15 mm × 11 mm の 44 ピン BGA パッケージに収容されています。

アプリケーション

• ナビゲーション、安定化、計測器
• 無人および自動運転車
• スマート農業／建設機械
• ファクトリー／工業用オートメーション、ロボティクス
• 仮想現実／拡張現実
• 動くモノのインターネット

ADAR1000 は、フェーズド・アレイ向け 4 チャンネル X および Ku 周波数帯域ビームフォーミング・コア・チップです。 このデバイスは、受信モードと送信モードを切り替えて半二重で動作します。 受信モードでは、入力信号は 4 つの受信チャンネルを通過して共通 RF_IO ピンに接続します。 送信モードでは、RF_IO 入力信号は分割され、4 つの送信チャンネルを通過します。 いずれのモードでも、ADAR1000 は無線周波数（RF）パスにおいて ≥31 dB のゲイン調整範囲、360° のフルの位相調整範囲を確保し、6ビット分解能（それぞれ ≤0.5 dB 未満、2.8° 未満）以上の性能を提供します。

すべてのオンチップ・レジスタは、シンプルな 4 線式シリアル・ポート・インターフェース（SPI）によって制御されます。 また、2 つのアドレス・ピンを通じて、同じシリアル・ライン上で最大 4 つのデバイスを SPI 制御できます。 その他にも、専用の送信ロード・ピンと受信ロード・ピンにより、すべてのコア・チップを同一アレイ上で同期でき、単一ピンで送信モードと受信モードの迅速なスイッチングを制御します。

ADAR1000 は、コンパクトな 88 端子、7 mm × 7 mm の LGA パッケージで提供され、−40 °C ～ +85 °C が仕様規定されています。

アプリケーション

• フェーズド・アレイ・レーダー
• 衛星通信システム

ADRV9009は高度に集積化されたラジオ周波数（RF）アジャイル・トランシーバーで、デュアル・トランスミッタとレシーバー、集積化されたシンセサイザおよびデジタル信号処理回路を搭載しています。このICは、3Gと4Gのマクロ・セルTDD基地局のアプリケーションに要求される、高性能と低消費電力の様々な組み合わせを実現します。

受信パスは、最先端のダイナミック・レンジを持つ２つの独立、広帯域幅ダイレクト・コンバージョン・レシーバーで構成されています。この部品は、TDDアプリケーションの中で使用される広帯域幅の時間共有オブザベーション・パス・レシーバーもサポートします。全機能内蔵型レシーブ・サブシステムは、自動／マニュアル減衰制御、DC オフセット補正回路、直交誤差補正回路（QEC）、およびデジタル・フィルタリングを内蔵しているため、デジタル・ベースバンドにこれらの機能は不要です。PAとRFフロント・エンド制御用ADC、DACおよびGPIOといったいくつかの補助機能も内蔵されています。

自動AGCに加えて、柔軟性のある外部ゲイン制御モードも備えているため、システム・レベル・ゲインをダイナミックに設定する大幅な柔軟性を実現しています。

受信した信号は、固有のアンチエイリアシングを提供する4個の高ダイナミック・レンジ連続時間シグマ－デルタADCによってデジタル化されます。帯域外イメージ・ミクシングから影響を受けないダイレクト・コンバージョン・アーキテクチャの組合わせ、およびエイリアシングがないことで、従来のIFレシーバーに比べてRFフィルタの要件が緩和されます。

トランスミッタは、高い変調精度を例外的な低ノイズで実現する革新的なダイレクト・コンバージョン変調器を使用します。

観測パスは、最先端のダイナミック・レンジを持つ広帯域幅ダイレクト・コンバージョン・レシーバーで構成されています。

トランスミッタは、高い変調精度を例外的な低ノイズで実現する革新的なダイレクト・コンバージョン変調器を使用します。

全機能内蔵のフェーズロック・ループ（PLL）は、トランスミッタとレシーバー信号パスに対して高性能で低消費電力のフラクショナル N-RF 周波数シンセシスを提供します。追加のシンセサイザーは、コンバータ、デジタル回路およびシリアル・インターフェースに必要なクロックを発生します。高性能基地局のアプリケーションに必要な絶縁を与えるため、特別な予防策をとります。電圧制御発振器（VCO）とループ・フィルタの全ての構成要素が内蔵されています。

高速のJESD204Bインターフェースは、最大 12.288 Gbpsまでのレーン・レートをサポートし、トランスミッタ当たり２レーン、および最高広帯域幅モードではレシーバー当たり1レーンを実現します。インターフェースは、低帯域幅用にインターリーブ・モードもサポートしていて、高速データ・インターフェース・レーンの総数を1個に削減しています。固定小数点と浮動小数点両方のデータ・フォーマットをサポートしています。浮動小数点フォーマットは、内部AGCを復調器デバイスに見えないようにできます。フォーマットの詳細は、デバイス・ユーザ・ガイドの中にあります。

ADRV9009のコアは、1.3Vと1.8Vのレギュレータから直接給電でき、標準4線式シリアル・ポートで制御します。通常使用の消費電力を最小化するため、包括的パワーダウン・モードが含まれています。ADRV9009 は、12mm × 12mm、196 ボールのチップ・スケール・ボール・グリッド・アレイ（CSP_BGA）パッケージを採用しています。

• 3G/4G/5G TDD マクロ・セル基地局
• TDDのアクティブ・アンテナ・システム
• Massive MIMO
• フェーズド・アレイ・レーダー
• 電子戦
• 防衛用通信
• 携帯試験装置

AD9361は、3G／4G基地局アプリケーションに使用できるように設計された高性能、高集積のRF Agile Transceiver™（RFアジャイル・トランシーバ）です。この製品は、そのプログラム性と広帯域により、幅広い範囲のトランシーバ・アプリケーションに最適となっています。このデバイスは、RFフロントエンドを柔軟なミックスド・シグナル・ベースバンド・セクションと内蔵の周波数シンセサイザと組み合わせており、プロセッサとのデジタル・インターフェースを設定可能にすることにより、回路設計を簡素化しています。AD9361のレシーバLOは、70MHz～6.0GHzの範囲で動作し、トランスミッタLOは47 MHz ～ 6.0 GHzの範囲で動作し、ほとんどの認可帯域と無認可帯域をカバーします。チャンネル帯域幅は200kHz以下～56MHzをサポートします。

2つの独立したダイレクト・コンバージョン・レシーバは最高水準のノイズ指数と直線性を備えています。各レシーバ (RX)のサブシステムには独立の自動ゲイン制御 (AGC)、DCオフセット補正、直交補正、デジタル・フィルタリングが含まれているので、デジタル・ベースバンドにおいてこれらの機能は不要です。AD9361には又外部的に制御可能で柔軟な手動ゲイン・モードがあります。1チャンネルごとに内蔵されている2つの高ダイナミック・レンジA/D コンバータ(ADC) は受信したI 信号とQ信号をデジタル化します。そしてそれらのデジタル信号を設定可能なデシメーション・フィルタと128タップ有限インパルス応答 (FIR) フィルタを通して適切なサンプル・レートで12ビット出力信号を生成します。

トランスミッタは超低ノイズで高変調精度を実現する高ダイレクト・コンバージョン・アーキテクチャを使用します。このトランスミッタの設計は<−40 dBの最高級のTX誤差ベクトル振幅(EVM)が得られ、外部パワーアンプ(PA)の選択に大きなシステム余裕が得られます。内蔵トランスミッタ(TX) のパワー・モニタをパワー・ディテクタとして使用できるので高精度のTXパワー測定が可能です。

完全に集積化されたフェーズ・ロック・ループ（PLL）は、レシーバおよびトランスミッタの全チャンネルに、低消費電力のフラクショナル-N周波数合成を提供します。周波数分割デュープレックス（FDD）システムに要求されるチャンネル・アイソレーションは設計に組み込まれています。全てのVCOとループ・フィルターの部品は集積されています。AD9361のコアは直接1.3 Vレギュレーターから電源を供給できます。このICは標準4線シリアル・ポートと4本のリアルタイムI/O制御ピンを介して制御されます。通常の使用時における消費電力を最小化するための包括的なパワーダウン・モードが用意されています。AD9361は、10mm×10mm、144ボールのチップ・スケール・パッケージ・ボール・グリッド・アレイ（CSP_BGA）にパッケージされています。

アプリケーション

• ポイントtoポイント通信システム
• フェムトセル／ピコセル／マイクロセルの基地局
• 汎用無線システム

AD9213は、6.5GHzの入力帯域幅を持つ単一の12ビット、6GSPS/10.25GSPS、無線周波数（RF）A/Dコンバータ（ADC）です。AD9213は、広い瞬時帯域幅と低い変換誤差率（CER）を必要とする、高いダイナミック・レンジ周波数と時間領域のアプリケーションをサポートします。AD9213は16レーンのJESD204Bインターフェースを備え、最大の帯域幅性能をサポートします。

AD9213は< 4.6W（代表値）を消費し、ダイナミック・レンジと直線性能を実現します。デバイスはインターリーブされたパイプライン・アーキテクチャに基づき、独自のキャリブレーションおよびランダム化技術を搭載して、インターリーブ・スプリアス・アーティファクトをノイズ・フロアに抑制します。AD9213の直線性能はオンチップのディザリングとキャリブレーションの組み合わせによって保持され、幅広い入力信号条件で優れたスプリアスフリー性能を実現します。

瞬時性の帯域幅をそれほど必要としないアプリケーションは、AD9213のオンチップ、デジタル信号処理（DSP）性能により、出力データ・レートに加えてデバイスをサポートするために必要なJESD204Bレーンの数を低減することができます。DSPパスには、48ビットの数値制御発振器（NCO）付きのデジタル・ダウンコンバータ（DDC）があり、2か3の係数であるデシメーション・レートを選択できるI/Qデジタル・デシメータ・ステージがそれに続きます。高速周波数ホッピング・アプリケーションの場合は、AD9213 NCOはトリガ入力が別々の最大16のプロファイル設定をサポートし、少ないJESD204Bレーン数で幅広い情報収集周波数範囲を可能にします。

AD9213はNCOの同期を含むサンプル高精度マルチチップ同期をサポートします。AD9213は192ボールのボール・グリッド・アレイ（BGA）パッケージに収められ、−20°C～+115°Cのジャンクション温度範囲が仕様規定されています。

図1に示す回路は、無調整のリニア可変差動トランス（LVDT）シグナル・コンディショニング回路です。この回路は直線的な変位（位置）を高精度に測定することができます。

LVDTは、磁気コアが摩擦なしに動くことが可能でチューブ内部に接触することがないので、信頼性の高いセンサーです。このため、LVDTは、飛行制御帰還システム、サーボ機構の位置帰還、工作機械の自動計測など、長期的な信頼性が重要な多くの工業分野や科学分野の電気機械的なアプリケーションに適しています。

この回路は、サイン波発振器とパワー・アンプを内蔵してLVDTの1次側を駆動する励起信号を発生するLVDTシグナル・コンディショナAD598を採用しています。また、AD598は2次側出力をDC電圧に変換します。レールtoレール・アンプAD8615はAD598の出力をバッファし、低消費電力の12ビット逐次比較A/Dコンバータ（ADC）を駆動します。このシステムは82dBのダイナミック・レンジと250Hzのシステム帯域幅を有しているので、高精度の工業用位置測定アプリケーションに最適です。

システムのシグナル・コンディショニング回路は消費電流が±15V電源から15mA、+5V電源から3mAとわずかなので、リモート・アプリケーションに最適です。この回路は最大300フィート離れた所からリモートLVDTを動作させることが可能で、出力は最大1000フィートを駆動できます。

この回路ノートでは、ノイズ解析や部品選択に関する検討を含め、選択された帯域幅に対して図1の回路を最適化するのに用いるLVDTの基本動作原理およびデザイン・ステップを解説します。

図1に示す回路は、無調整のリニア可変差動トランス（LVDT）シグナル・コンディショニング回路です。この回路は直線的な変位（位置）を高精度に測定することができます。

LVDTは、磁気コアが摩擦なしに動くことが可能であり、チューブ内部に接触することがないので、信頼性の高いセンサーです。このため、LVDTは、飛行制御帰還システム、サーボ機構の位置帰還、工作機械の自動計測など、長期的な信頼性が重要な多くの工業分野や科学分野の電気機械的なアプリケーションに適しています。

この回路は、サイン波発振器とパワー・アンプを内蔵してLVDTの1次側を駆動する励起信号を発生するAD698 LVDTシグナル・コンディショナを採用しています。また、AD698は2次側出力をDC電圧に変換します。AD8615レールtoレール・アンプはAD698の出力をバッファし、低消費電力の12ビット逐次比較A/Dコンバータ（ADC）を駆動します。このシステムは82dBのダイナミック・レンジと250Hzのシステム帯域幅を有しているので、高精度の工業用位置測定アプリケーションに最適です。

システムのシグナル・コンディショニング回路は消費電流が±15V電源から15mA、+5V電源から3mAとわずかです。

この回路ノートでは、ノイズ解析や部品選択に関する検討を含め、選択された帯域幅に対して図1の回路を最適化するのに用いるLVDTの基本動作原理およびデザイン・ステップを解説します。

図1に示す回路は、機械的な基準点からの直線的な位置または直線的な変位を高精度に測定可能な、全機能内蔵型リニア可変差動トランス（LVDT）シグナル・コンディショニング回路です。アナログ領域の同期復調機能を使って位置情報を抽出し、外部ノイズに対する耐性を持たせます。24ビットのΣ-Δ A/Dコンバータ（ADC）で位置出力を高精度にデジタル化します。

LVDTでは、可動コアとコイル・アセンブリ間の電磁結合を利用しています。この非接触（つまり無摩擦）動作であることが、動作環境が過酷になる可能性があり長寿命と高信頼性を要する、航空宇宙、プロセス制御、ロボット装置、原子力、化学プラント、油圧、発電タービンなどのアプリケーションでLVDTが広く用いられている主な理由です。

LVDT励起信号を含む回路全体の消費電力はわずか10mWです。回路の励起周波数と出力データ・レートはSPIで設定できます。このシステムでは、設定可能な帯域幅がダイナミック・レンジとトレードオフの関係にあります。この回路は1kHz以上の帯域幅をサポートし、20Hzの帯域幅では100dBのダイナミック・レンジを有するため、高精度の工業用位置計測アプリケーションに最適です。

図1に示した回路は超低ノイズ差動アンプ・ドライバ ADA4960-1と12ビット、500 MSPS、A/DコンバータAD9434 をベースにした広帯域レシーバ・フロントエンドです。

3次バターワ―ス・アンチエイリアシング（折返し誤差防止）・フィルタはアンプとA/Dコンバータ（ADC）の性能とインターフェースをベースに最適化されています。フィルタ回路、トランス、その他の抵抗性部品による全体の挿入損失はわずかに1.2 dBです。

回路全体の-1dB帯域幅は290 MHzです。アナログ入力が140 MHzの時、SNR と SFDRの実測値はそれぞれ64.1 dBFS と 70.4 dBcです。

This circuit is a complete implementation of a low noise microwave fractional-N PLL using the ADF4156 as the core fractional-N PLL device. The ADF5001 external prescaler is used to extend the frequency range of the PLL up to 18 GHz. An ultralow noise OP184 op amp with appropriate biasing and filtering is used to drive a microwave VCO to implement a complete low noise PLL at 12 GHz with a measured integrated phase noise of 0.35 ps rms. This function is typically used to generate the local oscillator frequency (LO) for applications such as microwave point-to-point systems, test and measurement equipment, automotive radar, and military applications.

The standard single channel direct digital synthesizer (DDS) does not switch between frequencies in a phase coherent manner. By design, DDS frequency transitions are phase continuous (see Figure 2, for example). However, the circuit shown in Figure 1 demonstrates how to configure the AD9958/AD9959 multichannel DDS for a robust phase coherent FSK (frequency shift keying) modulator by summing the outputs of the multichannel DDS together.

A multichannel DDS virtually eliminates temperature and timing issues between channels compared to synchronizing multiple single channel devices for the same application. For instance, multichannel DDS outputs, though independent, share the same system clock edges in the chip. Consequently, the system clock edges across multiple chips would not track as well over temperature and power supply deviations compared to an integrated multichannel DDS. As a result, a multichannel DDS is better suited for producing a closer to ideal phase coherent frequency transition at the summed output.

図1に示すコンパクトな2チップ回路は、角度位置と直線位置の両方の測定に最適な異方性磁気抵抗（AMR）による非接触測定のソリューションを提供します。この2チップ・システムは、使用する磁石のサイズに応じて、180°で0.2°以下の角度精度を、0.5インチの範囲で2ミル（0.002インチ）の直線精度を実現できます。

この回路は、工作機械の速度制御、クレーンの角度制御、ブラシレスDCモーターおよびその他の工業用アプリケーションや車載アプリケーションなど、角度と長さを高速、高精度で非接触測定することが重要なアプリケーションに最適です。

図1に示すPLL回路は13GHzのフラクショナルNシンセサイザ、広帯域アクティブ・ループ・フィルタ、およびVCOを使用し、200MHzの周波数ジャンプに対して、5µs未満で5°以内に位相を安定化します。

この性能は帯域幅が2.4MHzのアクティブ・ループ・フィルタを使って実現します。この広帯域ループ・フィルタを実現できるのは、ADF4159の位相周波数検出器（PFD）の最大周波数が110MHzであり、オペアンプ AD8065のゲイン帯域幅積が145MHzと大きいからです。

アクティブ・フィルタに使用するオペアンプAD8065は24V電源電圧で動作することができるので、チューニング電圧が0V～18Vの大部分の広帯域VCOを制御することができます。

図 1に示す回路はDC結合単電源システムで、バイポーラ入力信号を差動入力、低電圧のA/Dコンバータにインターフェース する時にしばしば起こる問題を解決します。この回路は2つのレベル・シフト抵抗を使用して入力同相レベルを制御する事 により差動ドライバアンプの入力の同相電圧を適切な電圧にします。出力同相電圧は差動ドライバ ADA4930-1のV_OCMピンに 正しい電圧を供給する事により独立に設定されます。

この柔軟な回路構成により差動ドライバADA4930-1は3.3V単電 源で動作可能で、16ビット 125 MSPS ADC AD9265は1.8 V電源 で動作可能になり、全回路電源消費を最小にする事ができま す。

広帯域のアプリケーションで、しばしば対象の周波数範囲にD Cが含まれます。差動入力ADCのダイナミック・レンジを最大 にするために、代表的な入力信号が比較的に大きくなる事が あります。その場合差動ドライバはより低ゲイン設定で動作 する事が要求されます。これらの条件下で、差動ドライバの 入力同相電圧は規定の範囲内に保たれなければなりません。

高入力同相電圧のデモジュレータ出力の処理、差動成分にDC 成分が加わるX線アプリケーション、差動ドライバが低値の入 力同相電圧を処理する必要となるその他の分野などの直接結 合の単電源アプリケーションで、差動アンプの入力と出力の 同相電圧を別々に制御する事がしばしば要求されます。低入 力同相電圧のアプリケーションには、ゼロ、バイポーラ又は 負入力信号のシングル・エンド入力又は差動入力があります。

図1に示す回路は、超低ノイズ差動アンプ・ドライバADL5565と14ビット、250MSPS A/Dコンバータ（ADC）AD9642をベースにした狭帯域バンドパス・レシーバ・フロントエンドです。

3次バターワース・アンチエイリアシング･フィルタは、アンプとADCの性能とインターフェースの要件に基づいて最適化されています。フィルタ回路やその他の要素による総合挿入損失はわずか5.8dBです。

通過帯域の平坦度が3dBの回路全体の帯域幅は18MHzです。127MHzのアナログ入力で測定した信号対ノイズ比（SNR）とスプリアスフリー・ダイナミック・レンジ（SFDR）は、それぞれ71.7dBFSと92dBcです。サンプリング周波数が205MSPSなので、第2ナイキスト・ゾーンのIF入力信号の位置は102.5MHzと205MHzの間になります。

図1に示す回路は差動アンプADL5565とADコンバータAD9467 の間に最適のインターフェースを施した16ビット、250 MSPS、狭帯域、高域IF、レシーバ・フロント・エンドです。

 AD9467はSNR性能が約75.5 dBFS、SFDR性能が95 dBFS～98 dBFSのバッファ入力16ビット、200 MSPS（又は250 MSPS）ADCです。差動アンプADL5565は広入力帯域幅、低歪、高出力直線性なので、IFサ

この回路ノートでは高性能を維持し信号損失を最小にするインターフェース回路とアンチエイリアシング・フィルタを設計する系統的な手順について説明します。中心周波数200 MHzのもっとも平坦なバターワース4次バンドパス・フィルタを設計するために共振方式を使用しています。

図1に示す回路は、超高ダイナミック・レンジ差動アンプ・ドライバADL5565と11ビット、200 MSPSの4ch IFレシーバAD6657Aをベースにした信号帯域幅65 MHzのレシーバ・フロントエンドです。

4次バターワース・アンチエイリアス・フィルタは、アンプとIFレシーバの特性およびインターフェース条件に基づいて最適化されています。フィルタ回路やその他の抵抗成分による合計挿入損失は、わずか2.0 dBです。回路全体の信号帯域幅は65 MHzであり、ローパス・フィルタは1 dB帯域幅が190 MHz、3 dB帯域幅が210 MHzの性能を持っています。パスバンド平坦性は1 dBです。

この回路は、140 MHzを中心とする信号帯域幅65 MHzのIF信号を184.32 MSPSのサンプリング・レートで処理するように最適化されています。140 MHzのアナログ入力で65 MHzの信号帯域幅で測定されたS/N比とSFDRは、それぞれ70.1 dBFSと80.9 dBcです。

図1に示すデバイスの組合わせは、最大1.1 Aの負荷電流を制御可能な超低消費電力、3軸、モーション起動パワー・スイッチのソリューションを提供します。この回路は、長いバッテリ寿命が求められるアプリケーションに最適です。スイッチがオフのときバッテリからの電流は300 nA未満です。スイッチがオンのとき消費電流は3 μA未満です。この回路はワイヤレス・センサー、計測機器、在宅ヘルスケアなどの携帯型アプリケーションに適した、業界先端の低消費電力モーション検出ソリューションを実現します。

3軸加速度センサーは3軸で加速度を検出してハイサイド・スイッチを制御し、動きの有無に従ってスイッチを開閉します。

ADXL362は超低消費電力の3軸加速度センサーで、ウェークアップ・モードで消費する電流は100 nA未満です。パワー・デューティ・サイクリングを用いて低消費電力を実現する加速度センサーとは異なり、ADXL362はアンダーサンプリングによって入力信号をエイリアス（折り返し）せず、すべてのデータレートで連続的にサンプリングします。精度が±0.5°の12ビット温度センサーも内蔵しています。

ADXL362は出力分解能が12ビットで、動作範囲が±2 g、±4 g、±8 gの3つです。仕様は−40°C～+85°Cの最小温度範囲で規定されています。480 μg/√Hz未満のノイズ・レベルが必要なアプリケーションでは、電源電流の増加を最小限に抑えつつ、2つの低ノイズ・モード（120 μg/√Hzまで減少可）のどちらかを選択することができます。

ADP195 は1.1 V～3.6 Vで動作するように設計されているハイサイド負荷スイッチで、出力から入力への逆電流に対して保護されています。このデバイスは1.1 Aを超える連続負荷電流をサポートするオン抵抗の低いPチャンネルMOSFETを内蔵しており、電力損失を小さく抑えます。

ADXL362の基本動作

ADXL362は超低消費電力の3軸加速度計測システムで、動作や衝撃によって生じる動的加速度と静的加速度（つまり重力）を測定することができます。

センサーの可動部分は表面をマイクロ加工したポリシリコンの構造体で、ビームとも呼ばれ、シリコン・ウェハー上に構成されます。ポリシリコンのスプリングがこの構造体をウェハー表面上に支え、加速力に対する抵抗を生じます。

構造体の変位は差動コンデンサを使って測定します。各コンデンサは、独立した固定プレートと可動部に取り付けられたプレートで構成されています。

加速度によりビームにずれが生じ、差動コンデンサが不平衡になり、センサー出力の振幅が加速度に比例します。位相検波によって加速度の大きさと極性が決定されます。

動作モード

ADXL362にはスタンバイ、測定、ウェークアップの3つの基本動作モードがあります。

• ADXL362をスタンバイ・モードにすると、測定が中断され、消費電流を10 nAまで下げます。処理途中のデータや割込みは保持されますが、新しい情報は処理されません。ADXL362はスタンバイ・モードではパワーアップしていますが、全てのセンサー機能はオフしています。
• 測定モードはADXL362の通常の動作モードです。このモードでは加速度データを連続的に読み取ることがでます。き2.0 V電源を使用した際の加速度センサーの消費電流は、最高400 Hzの出力データレートの範囲全体で3 μA未満です。このモードで動作中は、データシートに記載の全機能を使用できます。また、12.5 Hz～400 Hzまでのデータレートで連続的にデータを出力しながら、消費電流を3 μA未満に抑えることができるので、ADXL362は超低消費電力の加速度センサーといえます。また、全てのデータレートでADXL362はセンサーの最大帯域幅を連続的にサンプリングするため、アンダーサンプリングやエイリアシング（折り返し）は生じません。
• ウェークアップ･モードは、非常に低い消費電力で（2.0 V電源電圧で270 nA）、動きの有無だけを簡単に検出するのに最適です。このモードはモーション起動オン/オフ・スイッチの実現に特に有用で、動作が検出されるまでシステムの大部分をパワーダウン状態に保持できます。ウェークアップ・モードは、1秒間にわずか6回だけ加速度を測定し、動きの有無を検出することにより、消費電流を非常に低いレベルにまで低減します。ウェークアップ・モードでは、アクティブ・タイマ以外の全ての加速度センサーの機能を使用できます。全てのレジスタにアクセスでき、リアルタイム・データが得られます。

CN0274評価用ソフトウェアは、ADXL362のウェークアップ・モードを使うことができます。すなわち、ADXL362はモーションを検出するまでスリープ状態に保たれ、検出した時点で測定モードに移行します。

電力とノイズのトレードオフ

ADXL362は、消費電流をわずかに増やすことでノイズを減らすオプションをいくつか提供しています。

ADXL362の通常動作時のノイズ性能は100 Hz帯域幅で標準7 LSB rmsであり、帯域幅と必要な分解能にもよりますが、大部分のアプリケーションにはこれで十分です。ノイズをさらに下げる必要がある場合、ADXL362は電源電流がいくらか増加しますが、ノイズを低減できる2つの低ノイズ動作モードを備えています。

標準3.3 V電源で、通常動作および2つの低ノイズ・モードで得られる電源電流値とノイズ密度を表1に示します。

CN0274評価用ソフトウェアは、ADXL362の通常動作のノイズ・モードを使います。

モーション検出

ADXL362はアクティブ（スレッショールド値を超える加速度が存在する状態）とインアクティブ（スレッショールド値を超える加速度が存在しない状態）を検出するロジックを内蔵しています。

アクティブまたはインアクティブのイベントの検出はステータス・レジスタで表示され、割込みを発生させるように設定することもできます。さらに、デバイスのアクティブ状態、つまり動いているか、静止しているかをAWAKEビットで示します。

アクティブ/インアクティブの検出機能は、加速度センサーが測定モードまたはウェークアップ・モード時に使用できます。

アクティブ検出

アクティブ・イベントが検出されるのは、加速度が、ユーザーが指定した期間にわたって仕様規定された閾値（スレッショールド値）を上回り続けた場合です。アブソリュートとリファレンスの2つのアクティブ検出イベントがあります。

• アブソリュート・アクティブ検出を使用した場合、加速度サンプルとユーザーが設定した閾値とを比較して、動きが存在するかどうかを判定します。たとえば、0.5 gの閾値が設定され、ある軸での加速度がユーザー定義によるアクティブ検出時間よりも長い間1 gである場合、アクティブ・ステータスが起動されます。多くのアプリケーションでは、絶対的な閾値ではなく、基準となるポイントまたは向きからのずれをアクティブ検出のベースにするほうが有利です。この方式が特に便利なのは、重力によって加えられる静的な1 gがアクティブ検出に与える影響を除去できるからです。加速度センサーが静止している場合、たとえモーションが加っていなくても、その出力は1 gに到達することがあります。アブソリュート・アクティブでは、閾値が1 g未満に設定されると、この場合はすぐにアクティブが検出されてしまいます。
• リファレンス・アクティブ検出では、加速度サンプルがユーザー定義された時間にわたって、内部定義されたリファレンス値を基準としてユーザー定義された閾値を上回ったとき、アクティブが検出されます。閾値は、アクティブ検出モードが作動すると計算され、最初に得られたサンプルがリファレンス・ポイントとして使われます。アクティブは、加速度がこの最初の方向から十分変位したときだけ検出されます。リファレンス・モードでは、最もわずかなモーション・イベントさえ検出する、きわめて高感度なアクティブ検出が得られます。

CN0274評価用ソフトウェアは、アクティブ検出にリファレンス・モード動作を使います。

インアクティブ検出

インアクティブ・イベントが検出されるのは、加速度が、仕様規定された時間にわたって設定された閾値を下回り続けた場合です。アブソリュートとリファレンスの2つのインアクティブ検出イベントがあります。

• アブソリュート・インアクティブ検出では、加速度サンプルとユーザーが設定した閾値とをユーザーが設定した時間にわたって比較し、モーションが存在するかどうかを判定します。
• リファレンス・インアクティブ検出では、加速度サンプルが、ユーザーが設定した時間、ユーザーが指定したリファレンスと比較されます。デバイスが最初にアウェーク状態に入るとき、最初のサンプルがリファレンス・ポイントとして使われ、スレッショールドがその周囲に適用されます。加速度がスレッショールドの内側に留まれば、デバイスはスリープ状態に入ります。加速度の値がスレッショールドの外側に移動すると、そのポイントが次に新しいリファレンスとして使われ、スレッショールドがこの新しいポイントに再度適用されます。

CN0274評価用ソフトウェアはインアクティブ検出にリファレンス・モード動作を使います。

アクティブ／インアクティブ検出のリンク

アクティブ／インアクティブの検出機能を、ホスト・プロセッサによって同時に使用してマニュアルで処理したり、それらをいくつかの方法で連係動作するように設定できます。

• デフォルト・モードでは、アクティブ／インアクティブ検出はいずれも有効で、すべての割込みはホスト・プロセッサによって処理される必要があります。つまり、プロセッサが各割込みを読み取らなければ、割込みをクリアして再び使用することはできません。
• リンク・モードでは、同時に有効にできる機能が1つだけになるように、アクティブ／インアクティブ検出が互いにリンクされます。アクティブが検出されると、デバイスにモーションが加わっている、あるいはアウェーク（起動）状態と想定され、アクティブのスキャンを停止します。次のイベントとしてインアクティブが想定されるので、インアクティブ検出のみが動作します。インアクティブが検出されると、デバイスは静止している、あるいはスリープ状態と想定されます。次のイベントとしてアクティブが想定されるため、アクティブ検出のみが動作します。このモードでは、ホスト・プロセッサはまず各割込みを処理する必要があり、その後次の割込みがイネーブルされます。
• ループ・モードでは、モーション検出は前にリンク・モードで説明したように動作します。ただし、割込みはホスト・プロセッサによる処理を必要としません。この設定は一般に用いられるモーション検出の実装を簡素化し、バス通信に使用される電力を低減することで節電効果を高めます。
• リンクまたはループ・モードでは、自動スリープ・モードを有効にすると、デバイスはインアクティブが検出されると自動的にウェークアップ・モードに入り、アクティブが検出されると再び測定モードに入ります。

CN0274評価用ソフトウェアは自動スリープ・モードとループ・モードを使ってADXL362の機能を実証します。

AWAKE ビット

AWAKEビットは、ADXL362がアウェーク（起動された）状態であるかスリープ状態であるかを示すステータス・ビットです。デバイスは、アクティブ条件を検出した後にアウェーク状態であり、インアクティブ条件を検出した後にスリープ状態です。

アウェーク信号はINT1またはINT2ピンにマッピングすることができるので、加速度センサーのアウェーク状態に基づいて後段回路への電力を接続／切断するステータス出力として機能できます。この設定をループ・モードと組み合わせて使用すれば、単純で自律的なモーション起動スイッチを実装できます。

後段回路の起動時間を許容できる場合、このモーション・スイッチ設定は、残りのアプリケーション部分のスタンバイ消費電流をゼロにすることによって、システム・レベルの電力を大幅に節減することができます。なぜならこのスタンバイ電流は、時にADXL362の動作電流を上回ることがあるからです。

割込み

ADXL362の内蔵機能のいくつかは、割込みをトリガして特定のステータス条件をホスト・プロセッサに報告することができます。

割込みは、INTMAP1レジスタとINTMAP2レジスタの適切なビットをセットすることによって、それぞれ2本の指定された出力ピン（INT1とINT2）のいずれか（あるいは両方）にマッピングすることができます。すべての機能は同時に使用することができます。複数の割込みを1本のピンにマッピングした場合、ピンのステータスは、割込み信号のORをとることで決まります。

割込みピンに機能がマッピングされていない場合、そのピンは自動的に高インピーダンス（high-Z）状態に設定されます。ピンは、リセット時にも高インピーダンス状態に置かれます。

特定のステータス条件が検出されると、その条件がマッピングされているピンがアクティブになります。ピンの設定はデフォルトでアクティブ・ハイであるため、アクティブになると、ピンはハイレベルになります。ただし、INTMAPレジスタのINT_LOWビットをセットすることによって、この設定はアクティブ・ローに切り替えられます。

INTピンはホスト・プロセッサの割込み入力に接続することができ、割込みに割込みルーチンが応答するようにできます。同じピンに複数の機能をマッピングすることができるため、STATUSレジスタを使用して、割込みをトリガした原因を判定することができます。

CN0274評価用ソフトウェアは、アクティブが検出されたときはINT1ピンがハイに、インアクティブが検出されたときはINT1がローになるようにADXL362を設定しています。

テスト結果

EVAL-CN0274-SDPZとEVAL-SDP-CS1Zを使って全てのテストが行いました。アクティブ・スレッショールドを0.5 g、インアクティブ・スレッショールドを0.75 g、インアクティブのサンプル数を20に設定して、デバイスの機能を実証しました。アクティブを検出するには、ある軸の1つの加速度サンプルがスレッショールドを超えれば十分です。

バッテリ・パックがテーブルに対して平らになるように回路の方向が向いている状態で起動し（素子を水平にし）、プリント回路基板（PCB）を任意の方向にゆっくり90°回転させ、最初の方向に対して垂直に近づくときスレッショールドを横切らせることができます。

ADXL362が最初はスリープ状態でアクティブを監視している状態を示しているCN0274評価用ソフトウェアの画面を図2に示します。次に、サンプル11がスレッショールドを横切ると、ADXL362がアウェーク状態に入り、インアクティブを監視し始めます。スレッショールドが調整され、デバイスが今ではインアクティブを監視していることを示しています。

見やすいように、チャートの上部のラジオボタンを使ってX軸とZ軸のプロットは無効にしてあります。

ADP195の出力または割込みピン自体は、デジタル・マルチメータを使って測定しました。ADXL362がアウェーク状態のとき、割込みはハイになり、ADP195 のENピンをハイにドライブします。次にENピンはMOSFETのゲートをローにドライブするので、スイッチが閉じて（スイッチ・オン）その先のどの回路へも電源を接続します。逆に、ADXL362がスリープ状態のときは割込みによってADP195のENピンがローにドライブされ、次にENピンがMOSFETのゲートをハイにドライブするので、スイッチが開き（スイッチ・オフ）ます。

PCBのレイアウトの検討事項

高い精度が不可欠などんな回路でも、基板の電源とグラウンド・リターンのレイアウトの検討が重要です。PCBはデジタル部分とアナログ部分をできるだけ隔離します。このシステムのPCBは、面積の大きなグラウンド・プレーン層とパワー・プレーンを積み上げた4層に構成しました。レイアウトとグラウンド接続の詳細に関してはMT-031 Tutorial、デカップリング方法に関してはMT-101 Tutorialを参照してください。

ADXL362への電源は1 μFと0.1 μFのコンデンサでデカップリングし、ノイズを適切に抑えてリップルを減らします。コンデンサはできるだけデバイスに近づけて配置します。全ての高周波デカップリングにはセラミック・コンデンサを推奨します。

電源ラインはトレース幅をできるだけ大きくしてロー・インピーダンス経路を与え、電源ラインのグリッチの影響を減らします。クロックや他の高速スイッチング・デジタル信号を、デジタル・グラウンドを使って基板の他の部品からシールドします。PCBの写真を図3に示します。

この回路ノートの完全な設計支援パッケージがwww.analog.com/CN0274-DesignSupportから提供されています。

図1に示す回路は、高速クロック・バッファと低ノイズLDOを使用し、基準周波数とRF周波数が低いときでも低位相ノイズを維持する高性能フェーズ・ロック・ループ（PLL）です。

たとえば、アナログ・デバイセズのADF4106などのPLLは最小基準周波数とRF入力周波数を、それぞれ20MHzと500MHzに規定しています。図1のようにクロック・バッファを追加することにより、周波数範囲を基準周波数で10MHzまで、RF入力で100MHzまで下げることができます。

図1に示す回路は、超低ノイズ差動アンプ・ドライバADL5562と16ビット、250 MSPS A/DコンバータAD9467をベースにした広帯域レシーバのフロントエンドです。

3次バターワース・アンチエイリアシング・フィルタは、アンプとADCの性能およびインターフェースの要件に基づいて最適化されています。フィルタ・ネットワークと他の部品による損失はわずか1.8 dBです。

回路全体の帯域幅は152 MHz、通過帯域の平坦性は1 dBです。120 MHzのアナログ入力を使って測定したSNRは72.6 dBFS、SFDRは82.2 dBcです。