バイタル・サインの計測

ADPD4100/ADPD4101は最大8個の発光ダイオード（LED）を励起し、リターン信号を最大8つの個別の電流入力で測定する、フル機能のマルチモード・センサー・フロント・エンドとして動作します。12のタイム・スロットを使用できるので、サンプリング周期ごとに12の値を個別に測定できます。

データ出力と機能設定には、ADPD4101ではI²Cインターフェース、ADPD4100ではシリアル・ポート・インターフェース（SPI）を利用します。制御回路には、柔軟性の高いLED信号制御機能と同期検出機能が搭載されています。デバイスは、1.8Vのアナログ・コアと1.8V/3.3Vの互換デジタル入出力（I/O）を使用します。

アナログ・フロント・エンド（AFE）は、一般的に周辺光によって非同期的に変調される干渉に起因した信号のオフセットや劣化を、光フィルタや外部制御が必要なDCキャンセル回路を必要とせずに除去します。複数の動作モードを搭載するADPD4100/ADPD4101は、フォトダイオード、生体電位電極、抵抗、容量、温度センサーの同期測定でセンサー・ハブとして利用できます。複数の動作モードにより、ヘルスケア、工業、およびコンスーマ用の様々なアプリケーションにおいて、光電式容積脈波記録法（PPG）、心電図（ECG）、皮膚電気活動（EDA）、インピーダンス、容量、温度、ガス検出、煙検出、エアロゾル検出をはじめ、幅広いセンサー計測に対応できます。

ADPD4100/ADPD4101は3.11mm × 2.14mmで0.4mmピッチの33ボールWLCSPパッケージと35ボールWLCSPパッケージを採用しています。

アプリケーション

• ウェアラブルな健康／フィットネス・モニタ：心拍数モニタ（HRM）、心拍数変化（HRV）、ストレス、血圧推定、SpO2、体内水分量、身体組成
• 工業用モニタリング：CO、CO2、煙、エアロゾルの検出
• 自宅療養患者のモニタリング

ADPD188GG は、周辺光および同期反射発光ダイオード（LED）パルスからの光信号を測定する目的で設計されたフル機能の測光システムです。同期測定は、AC と DC の両方の周辺光の干渉を除去するクラス最高レベルの能力を備えています。このモジュールには、高効率の測光用フロント・エンド、LED 2 個、およびフォトダイオード（PD）2 個が内蔵されています。これらはすべて、最初に対象物に光が入ることなく、LED からフォトダイオードへの直接光の入り込みを防ぐよう設計されたカスタム・パッケージに収められています。

特定用途向け集積回路（ASIC）のフロント・エンドは、制御ブロック、20 ビット・バースト・アキュムレータが内蔵された 14 ビット A/D コンバータ（ADC）、および 3 つの柔軟で個別に構成可能な LED ドライバで構成されています。制御回路には、柔軟な LED 伝送機能と同期検出機能が備わっています。アナログ・フロント・エンド（AFE）は、一般に周辺光によって生じる変調干渉に起因する信号のオフセットや破損を阻止する、クラス最高レベルの能力を備えています。データ出力と機能設定は、1.8 V I²C インターフェースまたはシリアル・ペリフェラル・インターフェース（SPI）ポート経由で行われます。

アプリケーション

• 光学心拍モニタリング
• 反射 PPG 測定
• CNIBP 測定 

AD5940 およびAD5941は、電流滴定、ボルタンメトリ、またはインピーダンス測定などの電気化学ベースの高精度の測定技術を必要とするポータブル・アプリケーション向けに設計された高精度および低消費電力のアナログ・フロント・エンド（AFE）です。AD5940/AD5941 は、皮膚インピーダンスや体インピーダンスの測定用に設計されており、完成された生体電気/生体電位測定システムの AD8233 AFE と連動するように設計されています。AD5940/AD5941は、電気化学式有毒ガス検知用に設計されています。

AD5940/AD5941 は、2 つの高精度励起ループと 1 つの共通の測定チャンネルで構成されており、テスト対象のセンサーを幅広く測定できます。1 つ目の励起ループは、超低消費電力デュアル出力ストリング D/A コンバータ（DAC）と低消費電力および低ノイズの定電位アンプで構成されています。DAC の一方の出力で定電位アンプの非反転入力を制御し、他方の出力でトランスインピーダンス・アンプ（TIA）の非反転入力を制御します。この低消費電力励起ループは、DC ～ 200 Hz の信号を生成することができます。

2 つ目の励起ループは、高速 DAC と呼ばれる 12 ビット DAC で構成されています。この DAC は、最大 200 kHz の高周波数励起信号を生成することができます。

AD5940/AD5941 測定チャンネルには、入力バッファ、内蔵アンチエイリアス・フィルタ（AAF）、およびプログラマブル・ゲイン・アンプ（PGA）を備えた 16 ビット 800 kSPS マルチチャンネル逐次比較レジスタ（SAR）A/D コンバータ（ADC）が使用されています。ADC には、±1.35 V の入力電圧範囲があります。ADC 前の入力マルチプレクサにより、ユーザーは測定する入力チャンネルを選択できます。これらの入力チャンネルには、複数の外部電流入力、複数の外部電圧入力、および内部電圧チャンネルなどがあります。内部チャンネルでは、内部の電源電圧、ダイ温度、およびリファレンス電圧を測定して診断することができます。

電流入力には、さまざまなタイプのセンサーを測定するためのプログラマブルなゲイン抵抗と負荷抵抗を備えた 2 つの TIA が含まれています。1 つ目の TIA は、LPTIA と呼ばれ、低帯域幅の信号を測定できるように設計されています。2 つ目の TIA は、高速 TIA と呼ばれ、最大 200 kHz の高帯域幅の信号を測定できるように設計されています。

センサーは、超低リークおよび低 RON のプログラマブル・スイッチ・マトリックスにより、内部アナログ励起ブロックと測定ブロックに接続されています。このマトリックスは外付けのトランスインピーダンス・アンプ抵抗（R_TIAs）およびキャリブレーション抵抗を接続するためのインターフェースとして機能します。このマトリックスを使用して、複数の電子測定デバイスを同じ測定電極にマルチプレクスすることもできます。

高精度の 1.82 V および 2.5 V 内蔵リファレンス・ソースが提供されています。内部 ADC および DAC 回路は、この内蔵リファレンス・ソースを使用して、それらの周辺機器に対して低ドリフト性能を実現します。

AD5940/AD5941 測定ブロックは、SPI（シリアル・ペリフェラル・インターフェース）インターフェースから直接レジスタに書き込むか、または AFE チップの自律的な制御を可能にするプログラマブル・シーケンサを使用して制御することができます。6 kB のスタティック・ランダム・アクセス・メモリ（SRAM）は、ディープ・データ FIFO（先入れ先出し）とコマンド・メモリ用に分割されています。

測定コマンドはコマンド・メモリに保存され、測定結果はデータ FIFO に保存されます。FIFO 満杯、FIFO オーバーフローなどの FIFO の状態を示すために、FIFO に関連した多くの割込みが用意されています。

多数の汎用入出力（GPIO）が使用可能で、AFEシーケンサを用いて制御できます。AFEシーケンサは複数の外部センサー・デバイスをサイクル精度で制御できます。AD5940/AD5941 は、2.8 V ～ 3.6 V の電源で駆動し、−40 °C ～ +85 °C の温度範囲向けに仕様規定されています。AD5940 は、56 ピン 3.6 mm × 4.2 mm WLCSP パッケージを採用しています。AD5941 は、48ピンLFCSP パッケージを採用しています。

アプリケーション

• 電気化学測定
• 電気化学ガス・センサー
• 定電位／電流滴定／ボルタンメトリ／サイクリック
• ボルタンメトリ
• 生体インピーダンス・アプリケーション
• 皮膚インピーダンス
• 体インピーダンス
• 連続的な血糖値モニタリング
• バッテリ・インピーダンス

AD8233 は、ECG やその他の生体電位計測アプリケーション向けの統合シグナル・コンデショニング・ブロックです。このデバイスは、動きやリモート電極の配置などによるノイズの多い条件下で小さい生体電位信号の抽出、増幅、フィルタ処理を行うように設計されています。この設計により、超低消費電力 A/D コンバータ（ADC）や組込みマイクロコントローラが出力信号を容易に収集できます。 

AD8233 は、動きの影響と電極のハーフ・セル電位を除去する 2 極ハイパス・フィルタを実現します。このフィルタをアンプの計装アーキテクチャと緊密に組み合わせることで、1 段で大きなゲインとハイパス・フィルタ機能を実現できるため、スペースと価格が節減されます。 

汎用オペアンプにより、AD8233は3極ローパス・フィルタを構成して、ノイズをさらに除去することができます。種々のタイプのアプリケーションに合わせて全てのフィルタのカットオフ周波数を選択することができます。 

システム内のライン周波数やその他の不要な干渉の同相ノイズ除去を改善するために、AD8233は電極駆動アプリケーション用のライト・レッグ駆動（RLD）アンプを内蔵しています。 

AD8233 は、ハイパス・フィルタが本来有する長いセトリング・テールの時間を削減する高速回復機能を搭載しています。急激な信号変化（リード・オフ状態など）がアンプに加わると、AD8233 は自動的にフィルタのカットオフ周波数を上げるように調整します。この機能により、AD8233 は短時間で回復するため、電極を対象に接続すると直ちに有効な計測を行います。 

AD8233は2mm × 1.7mmの20ボールWLCSPパッケージと150μmの薄いダイを採用しているので、高さに制約のあるアプリケーションに対応できます。性能は 0 ℃ ～ 70 ℃ で仕様規定されており、−40 ℃ ～ +85 ℃ で動作します。 

アプリケーション

• フィットネスおよび活動心拍モニタ
• 携帯型 ECG
• ウェアラブルおよびリモート健康モニタ
• ゲーム機の周辺機器
• EMG などの生体信号アクイジション

ADA4505-1/ADA4505-2/ADA4505-4は、それぞれシングル、デュアル、クワッドのマイクロ・パワー・アンプで、レールtoレールの入力振幅と出力振幅を許容し、1.8 V～5 Vの単電源または±0.9V～±2.5Vの両電源で動作できます。

新しい回路技術を採用したこれらの低価格アンプは、入力クロスオーバ歪みが無く、（優れた PSRRとCMRR 性能)と非常に小さいバイアス電流を提供し、アンプあたり10µA未満の電源電流で動作します。

ADA4505-xアンプは、この機能の組み合わせによって、バッテリの全寿命にわたる電源電圧の変動により発生する誤差が最小化され、レールtoレール入力のオペアンプであるにもかかわらず高いCMRRが維持されるため、バッテリ駆動のアプリケーションに最適な選択肢になっています。

バッテリ駆動のリモート・センサー、ハンドヘルド計装機器、民生機器、ハザード検出器（煙、火災、ガスなど）、患者モニターでは、このADA4505-xアンプの機能を活用することができます。

ADA4505-xファミリーは、-40℃～+85℃の工業温度範囲および-40℃～+125℃の拡張工業温度範囲の両方で仕様が規定されています。ADA4505-1はシングルのアンプで小型5ピンSOT-23で供給されます。ADA4505-2はデュアル・アンプで標準の8ピンMSOPおよび8ボールのWLCSPパッケージで供給されます。クワッドのADA4505-4は14ピンのTSSOPパッケージと14ボールのWLCSPパッケージで供給されます。

ADA4505-xファミリーは、1.8 V～5 Vの単電源または±0.9 V～±2.5 Vの両電源で動作するAD8506/AD8508などの、アナログ・デバイセズが提供するゼロ・クロスオーバー・オペアンプ・シリーズに属します。

アプリケーション

• 圧力センサーと位置センサー
• リモート・セキュリティ
• 医用モニター
• バッテリ駆動の民生機器
• ハザード検出器

ADT7422は、最終的なプリント回路基板（PCB）にはんだ付けした状態での精度が、医療体温計に関するASTM E1112の仕様に適合するよう設計された、高精度のデジタルI²C温度センサーです。

ADT7422は、バンドギャップ・リファレンス、温度センサー、高精度A/Dコンバーター（ADC）を搭載しています。ADT7422は、25°C～50°Cの温度範囲にわたって、16ビット温度測定値を0.0078°Cの分解能および最高±0.1°Cの精度で提供します。PCBハンダ処理プロセス後のキャリブレーションは不要です。

3.0Vで動作する場合、平均電源電流は210μA（代表値）になります。ADT7422のシャットダウン・モードでは、デバイスをパワーダウンさせ、3.0Vでのシャットダウン電流が2.0μA（代表値）になります。ADT7422は、−40°C～+125°Cの温度範囲で動作するように定格評価されています。

ピンA0およびピンA1はアドレス選択用で、ADT7422用に4つのI²Cアドレスを使用できます。CTピンは、プログラマブルなクリティカル温度限界を超えた時にアクティブ化する、オープンドレイン出力です。INTピンもまた、プログラマブルなクリティカル温度限界を超えた時にアクティブ化する、オープンドレイン出力です。INTピンおよびCTピンは、コンパレータでの動作が可能で、イベントモードへの割込みを行います。

製品のハイライト

1. 温度キャリブレーションや補正が不要。
2. 低消費電力。
3. 長期にわたって優れた安定性と信頼性を提供。
4. 産業／計測器／医療用アプリケーションで高精度を実現。

アプリケーション

• バイタル・サインのモニタリング（VSM）
• 医療機器
• 測温抵抗体（RTD）およびサーミスタの代替品
• 食品の輸送および貯蔵
• 熱電帯の冷接点補償機能
• 環境モニタリングおよび暖房、換気、空調（HVAC）
• レーザー・ダイオード温度制御機能

ADP5360では、プログラマブルな超低静止電流燃料計およびバッテリ保護回路を搭載した1セルのリチウムイオン／リチウムイオン・ポリマー・バッテリ用高性能リニア電圧レギュレータx1、超低静止降圧スイッチング・レギュレータx1、超低静止昇降圧スイッチング・レギュレータx1、出力電圧を監視可能な監視回路が組み合わされています。

ADP5360チャージャは、USBバスの着脱シナリオで発生するスパイクを防止するため、最大6.8Vで動作します。

ADP5360では、リニア・チャージャ出力とバッテリ・ノードの間に絶縁電界効果トランジスタ（FET）が内蔵されています。フル・バッテリ保護機能は、バッテリが過充電および過放電故障状態になるとアクティブになります。

ADP5360燃料計は、適応型フィルタ制限ソリューションの付いた電圧ベースのアルゴリズムを使用します。この燃料計は、超低静止電流を使用する充電式リチウムイオン・バッテリのリアルタイムのバッテリ充電状態（SOC）を報告します。

ADP5360降圧レギュレータは、強制パルス幅変調（FPWM）モードにおいて1.0MHzのスイッチング周波数で動作します。ヒステリシス・モードの場合、レギュレータは低出力電力で優れた効率を実現します。

ADP5360昇降圧レギュレータは、ヒステリシス・モードでのみ動作し、バッテリ電圧より小さい／大きい電圧を出力します。

ADP5360監視回路は、レギュレータ出力電圧を監視し、パワーオン・リセット信号をシステムに供給します。ウォッチドッグ・タイマーと外付けプッシュボタンは、マイクロプロセッサをリセットできます。

すべてのバッテリ充電パラメータ、保護閾値、降圧出力電圧、ステータス・ビットのリードバックはI²C互換インターフェースで設定可能です。

ADP5360は、−40°C～+85°Cのジャンクション温度範囲で動作し、32ボール、2.56 mm ×  2.56 mmのウェーハ・レベル・チップ・スケール・パッケージ（WLCSP）を採用しています。

アプリケーション

• 再充電可能なリチウムイオン／リチウムイオン・ポリマー・バッテリ駆動機器
• 携帯民生機器
• 携帯型医療機器
• ウェアラブル機器

Description

The MAXREFDES106# Health System Platform 4.0 is a chest patch reference design that performs vital sign monitoring (VSM). The system uses high sensitivity photoplethysmography (PPG), electrocardiogram (ECG), and bioimpedance (BioZ), Temperature biosensors and algorithms measure blood oxygenation (SpO₂), heart rate (HR), respiration rate (RR), impedance cardiography (ICG), body impedance analysis (BIA), and skin/ambient temperatures. The vital signs data can be streamed through low-energy Bluetooth^® to a PC graphical user interface (GUI) for demonstration, evaluation, and customized development.

図1に示す回路は、一般的なUSBバスとRS-485またはRS-232バスの完全に絶縁された接続を示したものです。信号絶縁と電源絶縁の両方を行うことでUSBデバイスと工業用バスやデバッグポートとのインターフェースの安全を確保でき、TIA/EIA-485/232バス・トラフィックのモニタリングや、RS-485ポートやRS-232ポートを持たないPCとのコマンドの送受信が可能になります。

この回路の絶縁は、線路サージに対する保護を実現することによってシステムの安全性とロバスト性を向上させ、バスとデジタル・ピンのグラウンド接続を遮断することによって、システム内にグラウンド・ループが生じる可能性をなくします。

TIA/EIA RS-485バス規格は、工業用および計測用アプリケーションで最も広範囲に採用されている物理層バス・デザインの1つです。RS-485は複数システム間での差動データ伝送を行い、非常に長い距離の伝送に多用されます。RS-485による通信は差動通信なので、RS-232規格よりもロバスト性が向上します。

TIA/EIA RS-232デバイスは、工業用機械、ネットワーク機器、科学計測装置に広く使われています。現代のパーソナル・コンピュータはネットワークに関する問題のデバッグに使われることも多く、ペリフェラル・インターフェースとしての役割は、そのほとんどがRS-232に代えてUSBが使われるようになっており、多くのコンピュータにはRS-232ポートがありません。図1に示す回路は、RS-232とRS-485両方のインターフェース用に、ロバスト性に優れたコンパクトなソリューションを提供します。

図 1 に示す回路は、光起電力（PV）セルや熱電発生器（TEG）から給電可能な、超低消費電力のマルチチャンネル・データ・アクイジション・システムです。この回路は、業界最小電力のマルチチャンネル 12 ビット逐次比較 A/D コンバータ（SAR ADC）である AD7091R-5 と、昇圧レギュレータADP5090による高効率エナジーハーベスト回路を使用しています。この ADC が 3 V 単電源を使って 22 kSPS でサンプリングしたときの標準的な消費電力は 100 µW です。1 kHz の入力信号に対する標準的な S/N 比（SNR）は 68 dB です。

消費電力が小さく小型であるため、このデバイスの組み合わせは、特に装着型機器や電源内蔵機器などの携帯型低消費電力アプリケーションに最適です。

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。

AD5933と AD5934は内蔵プログラマブル周波数発生器と12 ビット、1 MSPS (AD5933) または 250 kSPS (AD5934) のA/Dコ ンバータ(ADC)を組み合わせた高精度インピーダンス・コンバ ータのシステム・ソリューションです。このプログラマブル な周波数発生器を使うと、既知の周波数で外部の複素インピ ーダンスを励起することができます。

図1 に示した回路を使うと低Ω レンジから数百kΩ までの正 確なインピーダンス測定値を得られ、AD5933/AD5934 全体の 精度を最適化します。

図 1に示す回路は12ビット、1 MSPS SAR ADCの AD7091R とオペアンプ・ドライバ AD8031 を使用した、単電源3Vで全消費電力5mW以下の超低消費電力データ・アクイジション・システムです。

選択した部品は低消費電力で小型パッケージなのでこの組み合わせは消費電力、価格、大きさが重要な要素の携帯用バッテリ駆動装置には業界最先端のソリューションとなります。

AD7091Rは3V電源でV_DD 端子の電源電流はわずか350 μA（typ）要するだけで、今日市販されている他のどの競合ADCよりもはるかに小さくなっております。これは標準消費電力に換算すると～1 mWになります。

AD8031の消費電流はわずか800 μAなので、標準消費電力が3 V電源で2.4 mWとなり、システム全体の電力消費は10 kHzのアナログ入力信号を1 MSPSでサンプリングした場合5 mW以下になります。

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。

USB（ユニバーサル・シリアル・バス）は、急速に広まり、ほとんどのPCの周辺装置用の、標準インターフェースになりつつあります。これは、優れた高速性、柔軟性および周辺装置とのホットスワップのサポートなどの理由で、RS232やパラレル・プリンター・ポートに置き換わっているからです。工業や医療機器の製造にも、このバスを使うことに対する強い要望がありますが、この採用は遅々としています。それは危険な電圧を制御する機械へ接続するために必要な、あるいは医療機器での低リークの耐除細動のために必要な、アイソレーションを提供する良い方法がないためでした。

あらかじめ速度が分かっていて変化しないような専用の周辺装置のインターフェースを構築するような場合と違って、ホストのアプリケーションにより適応させる必要があります。ADuM4160は、ピンを経由して単一の速度で接続されるようになっていますので、このデバイスのダウンストリーム側にプラグインした周辺装置が正確な速度を備えていれば、正常に動作しますが、誤った速度の周辺装置を接続してしまうと失敗してしまいます。このことに対処する最良の方法は、ADUM4160とハブ・コントローラを組み合わせることです。

あらかじめ速度が分かっていて変化しない専用の周辺装置のインターフェースを構築するような場合と違って、ホストのアプリケーションにより適応させる必要があります。ADUM4160は、ピンを経由して単一の速度で接続されるようになっていますので、このデバイスのダウンストリーム側にプラグインした周辺装置が正確な速度を備えていれば、正常に動作しますが、誤った速度の周辺装置を接続してしまうと失敗してしまいます。このことをに対処する最良の方法は、ADUM4160とハブ・コントローラを組み合わせることです。

ハブ・コントローラのアップストリーム側は、標準の一定速度の周辺ポートとみなすことができ、ADUM4160で容易にアイソレートすることができます、一方ダウンストリーム・ポートの速度はハブ・コントローラによって処理されます。ハブ・コントローラは、異なる速度を持った周辺装置を、アップストリーム・ポートの速度にマッチさせるように変換します。図1に示した回路は設計において2ポートのハブ・コントローラ・チップを2つのダウンストリームを備えたホスト･ポートに、どのようにしてアイソレートして使うことができるのかを示しており、これによってUSB仕様に完全な互換性を得ることができます。

ADuM4160は、それほど高価でなく容易に、医療機器や工業用周辺装置向けのアイソレート・バッファを実現します。適応させねばならないこの課題は、完全に適合したホスト・ポートを作成するために、ADuM4160とハブ・チップの組み合わせる方法を使うことになります。アイソレートした、どんな周辺装置に対しても、ADuM4160とハブは以下のような機能を提供します： 

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

このアプリケーション回路のゴールは、たとえ最大速度を持つ周辺装置であっても、ハブをアイソレートすることです。ハブまたはホスト機能では、各ダウンストリーム・ポートへのパワーを可能にするために2.5Wのパワーを必要とします。アイソレータのダウンストリーム側を動作させるパワーと、ハブとポートのパワーはソリューションの一部として提供されます。この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、あてはまります。

USB（ユニバーサル・シリアル・バス）は急速に広まり、ほとんどのPCの周辺装置用の標準インターフェースになりつつあります。これは、優れた高速性、柔軟性および周辺装置とのホットスワップのサポートなどの理由で、RS232やパラレル・プリンター・ポートに置き換わっているからです。工業や医療機器の製造にも、このバスを使うことに対する強い要望がありますが、この採用は遅々としています、それは危険な電圧を制御する機械へ接続するために必要な、あるいは医療機器での低リークの耐除細動のために必要な、アイソレーションを提供する良い方法がないためでした。

ADuM4160 は、それほど高価でなく容易に、医療機器や工業用周辺装置向けのアイソレート・バッファを実現します。以下は今後の課題となる項目です：

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。

図1に示す回路は、すでにUSBインターフェースを備えている周辺装置をアイソレートします。この回路では、周辺装置は明確に定義されていませんので、アイソレータの2次側を動作させるパワーは、このソリューションの一環として提供されています。もしこの回路が周辺装置設計のPCB上に構築されるならば、パワーは、アプリケーションの必要性に応じて、周辺装置とは切り離された電源、バッテリあるいはUSBケーブルのバス・パワーから供給することができます。

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。

USB（ユニバーサル・シリアル・バス）は急速に広まり、ほとんどのPCの周辺装置用の標準インターフェースになりつつあります。これは、優れた高速性、柔軟性および周辺装置とのホットスワップのサポートなどの理由でRS232やパラレル・プリンター・ポートに置き換わっているからです。工業や医療機器の製造にも、このバスを使うことに対する強い要望がありますが、この採用は遅々としています。それは危険な電圧を制御する機械へ接続するために必要な、あるいは医療機器での低リークの耐除細動のために必要な、アイソレーションを提供する良い方法がないためでした。

ADuM4160は、主に周辺USB装置に対するアイソレーション用素子として設計されています。しかしながら、アイソレートしたケーブル機能を作成して有効にするには、いくつかの問題があります。このアプリケーションとしてADuM4160を使用するにあっては、いくつかの項目を対処する必要があります。ADuM4160のアップストリーム側とダウンストリーム側上のバッファは同じで、USBケーブルを駆動する能力がありますが、ダウンストリームのバッファは、これに接続された、フルスピードまたはロースピードの周辺装置に対して、速度を調整する能力がなくてはなりません。アップストリーム接続は、周辺機器のような動作が必要で、ダウンストリーム接続はホストのような動作が必要です。

あらかじめ速度が分かっていて変化しないような専用の周辺装置のインターフェースを構築するような場合と違って、ホストのアプリケーションでは、ロースピードのデバイスか、あるいはフルスピードのデバイスのどちらが接続されているかを検出して、適応させる必要があります。ADUu4160は、ピンを経由して単一の速度で接続されるようになっていますので、このデバイスのダウンストリーム側にプラグインした周辺装置が正確なスピードを備えていれば、正常に動作しますが、誤ったスピードの周辺装置を接続してしまうと失敗してしまいます。このことを対処する最良の方法は、ADuM4160とハブ・コントローラを組み合わせることです。

ハブ・コントローラのアップストリーム側は、標準の一定速度の周辺ポートとみなすことができ、ADuM4160で容易にアイソレートすることができます。一方ダウンストリーム・ポートはハブ・コントローラによって処理されます。しかしほとんどの場合、これは完全なUSB準拠としての認定に当てはまりませんが、準拠されたデバイスが混同して使われることのできない特にカスタムの接続が使われるような場合、単一スピードのケーブルは、実用的観点から、許容可能です。ハブ・チップは使わずに済み、設計は非常に小型、かつ簡単になります。

ADuM4160は、医療機器や工業用周辺装置向けとしてのアイソレート・バッファの導入を、安価で、しかも容易な方法で提供します。適応させねばならない課題は、ADuM4160と、 ADuM5000のような、小型のアイソレートされたDC/DCコンバータの組み合わせによって、バスの電源を備えたケーブル・アイソレータを作って使うことです。アイソレートしたどんな周辺装置に対しても、ADuM4160は以下のような機能を提供します：

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

図1に示すアプリケーション回路のゴールは、すでにUSBインターフェースを備えている周辺装置をアイソレートすることです。完全互換なバス用電源を持ったケーブルを作ることはできません。それは、バス電圧を絶縁バリアを超えて伝送するための100%効率のパワー変換は存在しないためです。更に、変換器の静止時電流はUSB規格のスタンバイ電流の仕様とは互換ではありません。これはすべてADuM4160のスピード検出の制限が加わるためです。ダウンストリームの周辺装置に控えめな電源供給で可能な、固定スピードあるいはスイッチで制御されるスピード速度のケーブルの場合では実現可能となります。しかし、このような使用法はカスタムのアプリケーションで、USB規格に完全に準拠しません。 

The ADXL345 is a small, thin, low power, 3-axis accelerometer with high resolution (13-bit) measurement up to ±16 g. Digital output data is formatted as 16-bit twos complement and is accessible through either an SPI (3- or 4-wire) or I²C digital interface.

The ADXL345 is well suited for mobile device applications. It measures the static acceleration of gravity in tilt-sensing appli-cations, as well as dynamic acceleration resulting from motion or shock. Its high resolution (4 mg/LSB) enables measurement of inclination changes of about 0.25°. Using a digital output accelerometer such as the ADXL345 eliminates the need for analog-to-digital conversion, reducing system cost and real estate. Additionally, the ADXL345 includes a variety of built-in features. Activity/inactivity detection, tap/double-tap detection, and free-fall detection are all done internally with no need for the host processor to perform any calculations. A built-in 32-stage FIFO memory buffer reduces the burden on the host processor, allowing algorithm simplification and power savings. Additional system level power savings can be implemented using the built-in activity/inactivity detection and by using the ADXL345 as a “motion switch” to turn the whole system off when no activity is felt and on when activity is sensed again.

The ADXL345 communicates via I²C or SPI interface. The circuits described in this document demonstrate how to implement communication via these protocols.

The circuit shown in Figure 1 is a cost effective, low power, multichannel data acquisition system that is compatible with standard industrial signal levels. The components are specifically selected to optimize settling time between samples, providing 18-bit performance at channel switching rates up to approximately 750 kHz.

The circuit can process eight gain-independent channels and is compatible with both single-ended and differential input signals.

The analog front end includes a multiplexer, programmable gain instrumentation amplifier (PGIA); precision analog-to-digital converter (ADC) driver for performing the single-ended to differential conversion; and an 18-bit, 1 MSPS PulSAR^® ADC for sampling the signal on the active channel. Gain configurations of 0.4, 0.8, 1.6, and 3.2 are available.

The maximum sample rate of the system is 1 MSPS. The channel switching logic is synchronous to the ADC conversions, and the maximum channel switching rate is 1 MHz. A single channel can be sampled at up to 1 MSPS with 18-bit resolution. Channel switching rates up to 750 kHz also provide 18-bit performance. The system also features low power consumption, consuming only 240 mW at the maximum ADC throughput rate of 1 MSPS.

図1に示す回路は、16ビット、100kSPS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1kHzの入力信号と100kSPSのサンプリング・レートに対して7.35mW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、変換バースト間の時間においてADCがほとんど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。

ADCのサンプリング・レートを下げることによる節電の利点を最大限に活用するには、狭帯域で低消費電力のアンプが必要です。

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。

この回路は、バッテリ駆動の患者モニタリング・アプリケーションで使用する心電計（ECG）用高集積フロントエンドです。

図1に、呼吸計測やペース検出などの機能を備えた代表的な5リード（4つの四肢用リードと1つの前胸部用リード）ECG測定システムの物理的接続のトップレベル図を示します。携帯型のECG遠隔測定器やライン給電される臨床機器からの簡約誘導セットでは代表的な構成です。

皮膚の表面で測定すると、ECGの信号は振幅が小さく、通常約1mVです。その小さい信号の内部に患者の健康や他の特性に関する重要な情報が記録されるので、µVレベルの測定感度が求められます。システム・レベルでは、さまざまな医療規格がノイズを最大30µVp-pまでにすることを要求しています。しかし、一般に、設計者が目標とするのはこれより小さい値です。このため、システム・レベル要件に適合するソリューションを設計する際は、あらゆるノイズ源を考慮する必要があります。

ADAS1000のノイズ性能は、さまざまな動作条件で規定されています。電源は、全体の性能を低下させないように設計する必要があります。リニア・レギュレータ ADP151が選択された理由はその超低ノイズ性能（9µVrms（typ）、10Hz～100kHz）にあり、ADAS1000の電源除去比と組み合わせると、ADP151のノイズが全体的なノイズ性能を低下させることは決してありません。

図1に示す回路は、暗電流補償機能を備えた高速フォトダイオード・シグナル・コンディショニング回路です。このシステムは、高速シリコンPINフォトダイオードからの電流を電圧に変換し、20 MSPSのA/Dコンバータ（ADC）の入力を駆動します。このデバイスの組合わせにより、49 nAの光電流感度で400 nm～1050 nmのスペクトル感度、91 dBのダイナミック・レンジ、そして2 MHzの帯域幅を実現します。システムのシグナル・コンディショニング回路には±5 V電源から40 mAの電流しか流れないので、この構成はパルス・オキシメトリ（パルス酸素濃度測定）などの、高速、高分解能の光強度測定の携帯型アプリケーションに適しています。

この回路が適している他のアプリケーションとして、アナログ光アイソレータがあります。また、適応型速度制御システムなど、帯域幅を大きく、分解能を低くする必要があるアプリケーションにも対応可能です。

この回路ノートでは、安定性の計算、ノイズ解析、および部品選択に関する検討を含め、特定の帯域幅に対して図1の回路を最適化するのに必要なデザイン・ステップを解説します。

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。