ライフ・サイエンス & 医療計測器

AD7147は、ボタン、スクロール・バー、ホイールなどの操作機能を実現するための容量センサー用に設計されています。センサーはPCボードの1層で十分あるため、超薄型のアプリケーションに最適です。

AD7147は、オンチップの環境キャリブレーション機能を集積した容量／デジタル・コンバータ（CDC）です。このCDCには13チャンネルの入力があり、ここからスイッチ・マトリックスを経由して16ビット、250kHzのΣΔ（シグマ・デルタ）コンバータに信号が送られます。CDCは外部センサーの容量変化を検知し、この情報を使用してセンサー・アクチベーションを記録します。レジスタの設定によって、CDCのセットアップを完全に制御できます。

高分解能のセンサーの場合は、ホスト・プロセッサ上で動作するソフトウェアは簡単なもので済みます。

AD7147は、単極容量センサー（接地センサー）用に設計されています。センサーでのノイズ混入を最小にするアクティブ・シールド付き出力があります。

AD7147は、周囲環境の変化を補償するオンチップのキャリブレーション・ロジックを内蔵しています。キャリブレーション・シーケンスは、センサーがタッチされない限り連続的な間隔で自動的に実行されます。したがって、環境変化によって外部センサーに対する誤タッチやタッチの見落としが生じることはありません。

AD7147はSPI互換のシリアル・インターフェース備えており、AD7147-1はI²C互換^®のシリアル・インターフェースを備えています。どちらのデバイスにも、割込み出力と汎用入出力（GPIO）が用意されています。V_DRIVEピンは、V_CCとは無関係にシリアル・インターフェースの電圧レベルを設定します。

4mm×4mmの24ピンLFCSPパッケージを採用しており、2.6～3.6Vの電源電圧範囲で動作します。低消費電力モード時の動作消費電流は、13個のセンサーで26μA（typ）です。

アプリケーション

• 携帯電話
• パーソナル・ミュージックおよびマルチメディア・プレーヤ
• 携帯型スマート機器
• テレビ、A/Vおよびリモート・コントロール
• ゲーム機器コンソール
• デジタル・スチール・カメラ

ADT7420は、高精度デジタル温度センサーで、広い工業用温度範囲でブレークスルー性能を提供し、4mm×4mmのLFCSPパッケージを採用しています。この製品はバンド・ギャップ・リファレンス、温度センサー、および、温度をモニタし0.0078℃の温度分解能でデジタル化する16ビットA/Dコンバータ（ADC）を内蔵しています。ADC分解能は、デフォルトで13ビット（0.0625℃）に設定されています。ADCの分解能は、シリアル・インターフェースを通してユーザーが変更できるプログラマブル・モードとなっています。

ADT7420の動作は、2.7V～5.5Vの電源電圧で保証されています。3.3 Vで動作する場合の平均電源電流は210μA（typ）です。ADT7420にはシャットダウン・モードがあり、このモードではデバイスがパワーダウンして、3.3V動作時でシャットダウン電流が2μA（typ）になります。ADT7420は、−40℃～+150℃の温度範囲で動作します。

ピンA0とピンA1はアドレス選択に使用することができ、ADT7420に4つのI²Cアドレスを設定することができます。CTピンはオープン・ドレイン出力で、温度がプログラマブルなクリティカル温度規定値を超えるとアクティブになります。INTピンもオープン・ドレイン出力で、温度がプログラマブルな規定値を超えるとアクティブになります。INTピンとCTピンは、コンパレータ・モードまたは割込みモードで動作することができます。

製品のハイライト

1. 使い易さ：ユーザーによる校正または補正の必要なし
2. 低消費電力
3. 優れた長期間安定性と信頼性
4. 高精度工業用および計測器および医療アプリケーションに最適
5. 16ピン、RoHS準拠、4mm×4mmのLFCSPパッケージを採用

アプリケーション

• RTDとサーミスタの置換え
• 熱電対冷接点補償
• 医用装置
• 冷接点補償
• 工業用制御とテスト
• 食料の輸送と保管
• 環境モニタとHVAC
• レーザーダイオード温度制御

多くの従来からのオペアンプのピン配置は、電源ピンの次に非反転入力を持っています。ガード・トレースは、FET入力オペアンプのバイアス電流よりもさらに大きな漏れ電流を避けるため、これらのピン間を囲うことが必要です。 ガード・トレースは、DIPあるいはSOICのように大きなパッケージではピン間で囲うことができますが、これらのパッケージによって占有されるボード面積は、多くのモデム・アプリケーションにとっては躊躇されます。AD8244は、独自のピン配置で、高インピーダンス入力を低インピーダンスの電源と他のバッファ出力から物理的に離すことによって、この問題を解決します、この構成は、ガーディングを簡素化する一方ボード・スペースを削減しますので、同じ設計でも高性能で高密度化が可能となります。

AD8244の設計は、バッファ・アンプ特有な問題を解決することにフォーカスしています。これには、最小誤差で差動シグナル・チェーンでも使われるように、AD8244のチャンネルとチャンネルのマッチングも含まれています。低い電圧ノイズ、広い電源範囲および高精度を持っているため、AD8244は、ユニティ・ゲイン・バッファを必要とする、例え低ソース抵抗でも、何処にでも高性能を提供する充分な柔軟性を備えています。

AD8244は、工業用温度範囲-40℃～+85℃にわたって仕様規定されており、10ピンのMSOPパッケージを採用しています。

アプリケーション

• 生体用電極
• 医療用計測機器
• 高インピーダンス・センサーの信号処理
• フィルタ
• フォトダイオード・アンプ

図 1 の回路はフル機能の単電源、低ノイズ LED 電流源ドライバで、16 ビット D/A コンバータ（DAC）で制御されます。このシステムは、20 mA のフルスケール出力電流に対して、±1 LSB の積分非直線性と微分非直線性を維持し、0.1 Hz ～ 10 Hz のノイズが 45 nA p-p 未満です。

先進の出力ドライバ・アンプは、ほとんどのレールtoレール入力のオペアンプに通常伴うクロスオーバー非直線性を除去します。16 ビット・システムの場合、この値は最大 4LSB ～ 5LSB になることがあります。

この業界最先端のソリューションは、LED の輝度レベルに重畳される 1/f ノイズが測定全体の精度に影響を与えるパルス・オキシメトリ（パルス酸素濃度測定）のアプリケーションに最適です。

使用している 3 つのアクティブ・デバイスの 5 V 単電源動作時の総消費電力は標準で 20 mW 未満です。

図 1. 直線性が ±1 LSB の 16 ビット LED 電流源ドライバ
（簡略回路図: 全接続の一部およびデカップリングは省略されています）

図 1 に示す回路は、2 チャンネル、バンク絶縁型の広帯域データ・アクイジション（DAQ）システムで、各チャンネルに A/Dコンバータ（ADC）を使用する同時サンプリング・アーキテクチャを採用しています。このシステムは、バンクとデジタル・バックプレーンとの間に絶縁を施し、高いチャンネル密度を実現し、比類のない性能を提供します。さらに、この設計ではADC をデイジーチェーン・モードで構成し、調整済みの遅延クロック機能を持つアイソレータ製品を使用することで、絶縁チャンネルを有効に活用しています。電源部も簡素化され、パルス幅変調（PWM）コントローラとトランス・ドライバを内蔵したアイソレータを使用して、絶縁障壁間での DC/DC 変換を行います。さらに、システムには入力回路保護、プログラマブル・ゲイン・チャンネル、高精度、高性能といった、代表的な DAQシグナル・チェーンが標準で有する多くの特長を備えています。

同時サンプリングによって、マルチプレクス DAQ シグナル・チェーン固有のサンプリング・レートの制限を受けずに、多チャンネルを実現できます。システムのセトリング性能条件がそれほど厳しくないため、アナログ・フロント・エンド（AFE）の設計もマルチプレクス・オプションよりも簡素化されます。シーケンシャルなサンプリングシステムではチャンネル間で遅延があるのに対し、このシステムではサンプリングは各チャンネルで同時に行われます。

デジタル・バンク絶縁型の DAQ 設計により、デジタル・バック・エンド回路が保護され、バンク間のグラウンド・ループおよびコモンモード干渉が低減されます。これらの機能によって、グラウンド・プレーンあたりのマルチプレクス DAQ シグナル・チェーンが可能となり、チャンネルごとに絶縁化するシステムに比べ、デジタルの絶縁デバイスの数を少なくすることができます。

 

 

 

図 1 のシステム機能図は、フェムトアンペア範囲までの微小電流を計測するための高精度アナログ・フロント・エンドです。業界最先端のこのソリューションは、フォトダイオード、光電子増倍管、ファラデー・カップなどのシグナル・コンディショニング電流出力センサー用に超高感度のアナログ・フロント・エンドが必要とされる化学分析装置や研究室用の計測機器に最適です。このソリューションの応用分野としては、質量分析、クロマトグラフィー、電量分析などがあります。

EVAL-CN0407-SDPZ は、低リークのメザニン・ボードとデータ・アクイジション・ボードにシステムを分割することにより、実際のアプリケーションのリファレンス設計とすることができます。入力信号コンディショニングは、メザニン・ボード上の ADA4530-1 によって行います。ADA4530-1 は電位計グレードのアンプで、バイアス電流値は85 ℃ において最大 20 fA ときわめて微小です。また、入力ピンを絶縁してプリント回路基板（PCB）へのリーク電流を防ぐために、チップ内にガード・バッファを内蔵しています。デフォルトのアンプ構成はトランスインピーダンス・モードで、リーク電流がボードの高インピーダンス・パスに入り込むのを防ぐ ために、10 GΩ のガラス抵抗と金属シールドを使用しています。さらに、表面実装帰還抵抗や、その他の入力構成によるプロトタイピングが可能なように、メザニン・ボードには、抵抗およびコンデンサ用の空きパッドが設けられています。

データ・アクイジション・ボードでは、24 ビットの AD7172-2ΣΔ A/D コンバータ（ADC）と、9 V DC の単電源を使用します。このオンボード電源は、2 枚のボードに電源を供給するために必要なすべての電圧を生成します。ボードは SDP-S ボード（EVAL-SDP-CS1Z）を介して PC に接続し、デジタル絶縁を使用してUSB バスやグラウンド・ループからのノイズを防ぐことによって、低電流計測の性能が低下しないようにします。

 

 

 

図1に示す回路は、金属酸化物センサーを使用して揮発性有機化合物のガス成分を検出することで、室内空気質を計測するものです。センサーは加熱抵抗器と検出抵抗器から成ります。検出抵抗器が加熱されると、その値は様々なガスの濃度の関数として変化します。

回路には、ヒータ電流を高い精度で制御するために12ビットの電流出力D/Aコンバータ（DAC）が用いられており、ヒータは、柔軟なソフトウェアによって、定電流、定電圧、定抵抗、定温度の4通りのモードのいずれかで動作可能です。

回路は、5つの範囲をソフトウェアで選択可能な抵抗分圧器によって、広い範囲の検出抵抗値を測定できます。ボードには、ガス濃度値の補償に使用される温湿度センサーも備わっています。

 

 

 

ほとんどのディスクリート計装アンプでは、高いCMRを実現するためにマッチング（値が一致）した高価な抵抗ネットワークを必要としますが、この回路では、マッチングした抵抗を内蔵したディファレンス・アンプを使って、性能向上、コスト低減、プリント回路ボード（PCB）レイアウト面積の最小化を図っています。

図1に示す複合計装アンプ回路は以下の性能を備えています。

• オフセット電圧：4 mV（max）
• 入力バイアス電流：2pA（typ）
• 入力同相電圧：−3.5V～+2.2V（max）
• 入力差動電圧：±3.5V/G1（max）（G1は初段のゲイン）
• 出力電圧振幅：0.01V～4.75V（typ）（150Ω負荷）
• 帯域幅（-3dB）：35MHz（typ)（G = 5）
• 同相除去比：55dB（typ）（10MHz）
• 入力電圧ノイズ：10nV/√Hz（typ）（100kHz RTI）
• 高調波歪み：−60dBc（10MHz、G = 5、V_OUT = 1 Vp-p、R_L = 1 kΩ）

図1. 高速FET入力計装アンプ（注：電源のデカップリングは省略されています）

全機能内蔵の計装アンプのほとんどはバイポーラ・プロセスまたは相補型バイポーラ・プロセスで製造され、50Hzまたは60HzでのCMR値が高い低周波数アプリケーション用に最適化されています。しかし、ビデオ・システムやRFシステムにおいて、高速信号の増幅や不要な高周波信号の同相除去を行なう広帯域計装アンプの必要性が高まっています。

高性能逐次比較ADC用の駆動アンプは、一般に広範囲の入力周波数に対応するように選択されます。ただし、アプリケーションが必要とするサンプリング・レートが低い場合、サンプリング・レートを下げるとADCの消費電力がそれに比例して減少するので、かなりの電力を節約することができます。

たとえば、16ビット逐次比較レジスタ（SAR）ADC AD7988-1（100kSPS時に0.7mW）とともに動作させるには、80MHzのオペアンプADA4841-1（10V時に12mW）を推奨します。リファレンスADR435（7.5V時に4.65mW）を含むシステムの総消費電力は、100kSPS時に17.35mWになります。

最大1kHzの入力帯域幅と100kSPSのサンプリング・レートの場合、3MHzのオペアンプAD8641（10V時に2mW）は、信号対ノイズ比（SNR）および全高調波歪み（THD）の優れた性能を提供し、システムの総消費電力を17.35mWから7.35mWに低減します。これは100kSPSで58%の節電になります。

図 1. ADC AD7988-1 を駆動する低消費電力アンプ AD8641 のシステム回路図（簡略回路：全接続の一部およびデカップリングは省略されています）

図1に示す回路は、16ビット、300kSPS逐次比較アナログ/デジタル・コンバータ（ADC）システムで、最大4kHzの入力信号と300kSPSのサンプリング・レートに対して10.75mWという低いシステム消費電力になるように最適化された駆動アンプを備えています。

この回路は、ポータブル・バッテリ駆動やマルチチャンネルのアプリケーション、つまり消費電力が非常に重要なアプリケーションに大いに役立ちます。また、変換バーストと変換バーストの間のほとんどの時間においてADCがアイドル状態であるようなアプリケーションにとっても利点があります。

高性能逐次比較ADC用の駆動アンプは、一般に広範囲の入力周波数に対応するように選択されます。ただし、アプリケーションが必要とするサンプリング・レートが低い場合、サンプリング・レートを下げるとADCの消費電力がそれに比例して減少するので、かなりの電力を節約することができます。

4kHz未満の入力帯域幅と300kSPS未満のサンプリング・レートの場合、1.3MHzのオペアンプOP1177（10V時に4mW）は、信号対ノイズ比（SNR）および全高調波歪み（THD）の優れた性能を提供し、システムの総消費電力を18.75mWから10.75mWに低減します。これは300kSPS時に43%の節電になります。 

1. アップストリームで、ケーブルのUSB・D+とD−ラインを、直接的にアイソレート
2. 外部制御ラインを使う必要なく、制御データの流れに対する自動的なスキームの導入が可能
3. メディカル・グレードのアイソレーションを提供
4. フルスピードまたはロースピードの信号レートのサポートが可能
5. ケーブルを通して、アイソレートした電源供給をサポート

1. USB・D+とD−ラインを、直接的にアイソレートして、マイクロプロセッサ内に実在するUSB基盤の使用を可能にする。
2. 外部制御ラインを使う必要なく、制御データの流れに対する自動的なスキームの導入を可能とする。
3. メディカル・グレードのアイソレーションを提供する。
4. 周辺機器をUSB認定規格に完全に準拠するようにする。
5. フルスピード（12Mbps）とロースピード（1.5Mbps）の信号レートをサポートする。
6. 柔軟な電源構成をサポートする。

ここで示されたアプリケーション回路は、多くの医療および工業アプリケーションに適用します。

1. ハブ・チップのUSBのD+ラインとD−ラインのｱｯﾌﾟ･ｽﾄﾘｰﾑにおける直接のアイソレーションによって、ハブはホスト･ポートの動作でのダウンストリーム管理を行うことができます。
2. 外部制御ラインを使う必要なく、制御データの流れに対する自動的なスキームの導入が可能
3. メディカル・グレードのアイソレーションを提供
4. USB-IF認定の標準にミートする、1つまたはそれ以上のホスト・ポートの作成が可能
5. 最大速度の信号伝送レートのサポートが可能
6. 柔軟な電源構成をサポート

• 入出力が LVDS 完全準拠で超低ジッタのドロップイン・アイソレータにより、設計が容易。


• 600 Mbps の広い帯域幅が ADC の高分解能化と高速化に対応。


• 電源電圧からの保護、電源電圧の絶縁された測定、デジタル回路や電源回路からのノイズ耐性のための電気的な絶縁。