概要

設計リソース

設計サポートファイル

  • Schematic
  • Bill of Materials
  • Gerber Files
  • PADS Files
  • Assembly Drawing
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評価用ボード

Part Numbers with "Z" indicate RoHS Compliance. Boards checked are needed to evaluate this circuit

  • EVAL-CN0305-SDPZ ($99.00) A 16-Bit, 300 kSPS Low Power Successive Approximation ADC System with Optimum Low Power Drive Amplifier for Sub-Nyquist Input Signals Up to 4 kHz
  • EVAL-SDP-CB1Z ($99.00) Eval Control Board
在庫確認と購入

機能と利点

  • 16-bit, 300kSPS SAR ADC システム
  • 低電源パワードライブアンプに最適化
  • 最大入力信号 4kHz

回路機能とその特長

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。

 

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フルに利用するには、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 AD7988-5(500kSPS時に3.5mW、300kSPS時に2.1mW)の約100kHzまでの入力には、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、300kSPS時に18.75mWになります。


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。 



図1. ADC AD7988-5を駆動する低消費電力アンプOP1177のシステム回路図(簡略化した回路:接続の全ては示されていません)

回路説明

この回路は、ADC AD7988-5、アンプOP1177、およびリファレンスADR435で構成されます。AD7988-5は16ビット、500kSPSのSAR ADCであり、低い消費電力はサンプリング・レートによって調整可能で、500kSPS時に3.5mWを消費します。また、低消費電力であるとともに業界最先端のAC性能を備えています(SNR = 91dB、THD = −114dBc)。


駆動アンプは低消費電力で高精度のOP1177で、電源電流が400μA、利得帯域幅積が1.3MHzです。OP1177は5V~30Vの範囲の電源で駆動することができます。ADCのリファレンスはADR435で、高精度、低ノイズの5V XFET電圧リファレンスです。ADR435は、620μAの低電源電流時に3ppm/℃という非常に小さい温度係数を示します。この回路の総消費電力は300kSPS時に10.75mWになります。最大4kHzの入力周波数の場合、SNRが90.6dBFS、THDが−102dBcになります。


OP1177は、ユニティゲインのバッファとして構成されており、このデバイスとAD7988-5の間のカットオフ周波数が295kHzになるRCフィルタ(200Ω、2.7nF)を備えています。このフィルタにより、OP1177などのノイズが比較的大きなアンプ(8nV/√Hz)の使用を可能にしながら、消費電力が非常に小さくなるという利点が得られます。低消費電力のためにノイズを大きくすることによる影響は、システムのSNR性能が0.4dB低下するだけです。データシートの推奨値(20Ω)に比べて大きなRの値(200Ω)は、OP1177が2.7nFの大きな入力コンデンサを駆動可能であることを示しています。Rの値を大きくすることで最大入力帯域幅が数kHzに制限され、低歪みが得られます。


これは、最大5kHzの入力に対するOP1177の16ビット歪み性能(THDが−100dBc未満)に匹敵します。5kHzを超えると歪みが大きくなり、セトリング・タイムが長くなることから、この回路を高い入力周波数で使用したり、このアンプを多重化アプリケーションで使用したりすることは推奨できません。電源を設定する際、OP1177は少なくとも1.5Vの入力ヘッドルーム/フットルームと1Vの出力ヘッドルーム/フットルームを必要とすることに注意してください。さらに、ドライバのセトリング・タイムがADCの短い収集時間に対して十分でない(図3参照)ことから、300kSPS以上でAD7988-5を駆動するのにOP1177は使用できないことにも注意する必要があります。

 

性能結果

この回路の目的は、サンプリング・レートが300kSPSのときの4kHz未満の入力周波数に対して、可能な最も小さいADCドライバの電力レベルで優れたAC性能を提供することです。4kHzの入力に対する回路性能のFFTプロットを図2に示します。SNRは90.6dBFS、THDは−102dBcです。SNRがAD7988-5の91dBFSの規格値よりわずかに低下している主な理由は、OP1177のノイズが8nV/√Hz と、ADA4841-1の2nV/√Hzに比べて大きいからです。システムの総消費電力は10.75mWで、ADCで2.1mW(300kSPSで動作時)、アンプで4mW、リファレンスで4.65mWを消費します。これは、システムの総消費電力18.75mWに対して12mWを消費するADA4841-1を使用した場合に比べて43%の節電になることを表しています。 



図2. AD7988-5を駆動するアンプOP1177を使用したシステムの回路性能

300kSPSを超える高いサンプリング・レートでシステムのTHDが増加し、SNRが低下する様子を図3に示します。このため、最高の性能を得るには、ADCを300kSPS以下で動作させます。


図3. AD7988-5を駆動するアンプOP1177のADCのサンプリング・レートに対するTHDおよびSNR


4kHzを超える入力周波数でシステムのTHDが増加し、SNRが低下する様子を図4に示します。これは、図5に示す周波数に対するTHD+Nのプロットから分かるように、アンプの歪みによるものです。



図4. AD7988-5を駆動するアンプOP1177の入力周波数に対するTHDおよびSNR 

 

図5. アンプOP1177の入力周波数に対するTHD+Nの性能

バリエーション回路

アンプOP1177を使ってAD7988-1(最大100kSPS)やAD7980(最大300kSPS)などのピン互換のADCを駆動することができます。アンプAD8641を使ってAD7988-5を半分の電力(200μA)で駆動することができます。ただし、最大100kSPSのサンプリング・レートに限られ、AC性能が低下し低い入力周波数の範囲になります(回路ノートCN-0306参照)。

回路の評価とテスト

必要な装置(同等の装置に変更可能)


以下の装置が必要です。

  •  評価用ボードEVAL-CN0305-SDPZ
  •  システム・デモボード(EVAL-SDP-CB1Z)
  •  今回のテストで使用されたAudio PrecisionのSYS-2522のような関数発生器/信号源
  •  評価用ボードEVAL-CN0305-SDPZに含まれている9VのACアダプタ
  •  USBポート、USBケーブルを備え、10ピンPulSARのソフトウェアがインストールされたPC

 

セットアップとテスト


UG-340ユーザー・ガイドの導入ガイドを使用し、アナログ・デバイセズのWebサイトのAD7988-5製品ページからダウンロードできる10ピンPulSARのソフトウェアをインストールします。測定セットアップのブロック図を図6に示します。9VのACアダプタを評価用ボードの電源端子に接続します。周波数応答を測定するため、機器を図6に示すように接続します。Audio Precisionの信号発生器SYS-2522を、周波数が4kHz、DCオフセットが2.5Vの5Vp-pサイン波に設定します。ソフトウェア・ウィンドウ内のADCのサンプリング・レートを300kSPSに設定します。評価用ボードのソフトウェアを使ってデータを記録します。ソフトウェア解析は評価用ボードのソフトウェアの一部の機能で、これにより、ACおよびDCの性能の収集と解析を行うことができます。このソフトウェアとその機能の詳細については、UG-340ユーザー・ガイドを参照してください。


図6. テスト・セットアップの機能図

製品サンプル

製品

概要

サンプル提供可能な
製品型番

AD7988-5 A/Dコンバータ、16ビット、500kSPS、逐次比較型、超低消費電力

AD7988-5BCPZ-RL7

AD7988-5BRMZ

AD7988-5CCPZ-RL7

ADR435 電圧リファレンス、超低ノイズ、XFET®、電流シンク / ソース能力有

ADR435ARMZ

ADR435ARZ

ADR435BRMZ

ADR435TRZ-EP

OP1177 オペアンプ、高精度、ローノイズ、低入力バイアス電流、シングル

OP1177ARMZ

OP1177ARZ

PCサイトでは製品の購入が可能です。
評価用ボード 表示されている価格は、1個あたりの価格です。
analog.comサイトから購入できるボードは、最大で2枚までとなります。3枚以上の購入をご希望の場合は、正規販売代理店からご購入ください。
価格は1個当たりの米ドルで、米国内における販売価格(FOB)で表示されておりますので、予算のためにのみご使用いただけます。 また、その価格は変更されることがあります。米国以外のお客様への価格は、輸送費、各国の税金、手数料、為替レートにより決定されます。価格・納期等の詳細情報については、弊社正規販売代理店または担当営業にお問い合わせください。なお、 評価用ボードおよび評価用キットの表示価格は1個構成としての価格です。