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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-CN0306-SDPZ ($99.00) A 16-Bit, 100 kSPS Low Power Successive Approximation ADC System with Optimum Low Power Drive Amplifier for Sub-Nyquist Input Signals Up to 1 kHz
  • EVAL-SDP-CB1Z ($99.00) Eval Control Board
在庫確認と購入

機能と利点

  • 16ビット、100kSPSの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、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。



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)

回路説明

この回路は、ADC AD7988-1、アンプAD8641、およびリファレンスADR435で構成されます。AD7988-1は16ビット、100kSPS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、100kSPS時に0.7mW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AD8641で、電源電流が200μA、利得帯域幅積が3MHzです。AD8641は5V~26V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100kSPS時に7.35mWになります。最大1kHzの入力周波数の場合、SNRが88.5dBFS、THDが−103dBcになります。 AD8641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AD7988-1の間のカットオフ周波数が93kHzになるRCフィルタ(634Ω、2.7nF)を備えています。このフィルタにより、AD8641などのノイズが比較的大きなアンプ(28nV/√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代償として、システムのSNR性能がADCの仕様に比べて2.5dB低下します。データシートの推奨値(20Ω)に比べて大きなRの値(634Ω)は、AD8641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1kHzに制限され、低歪みが得られます。
これは、最大1kHzの入力に対するAD8641の16ビット歪み性能(THDが−100dBc未満)に匹敵します。1kHzを超えると歪みが大きくなるので、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。AD8641は正電源電圧を基準にして2V以上の入力ヘッドルームを必要とすることに注意してください。出力段はレールto レールです。

性能結果

この回路の目的は、最大1kHzの入力周波数範囲と100kSPSのサンプリング・レートにおいて、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。入力信号が1kHzのときの回路性能のFFTプロットを図2に示します。88.5dBのSNRと−103dBのTHDが得られています。SNRがAD7988-1の91dBの規格値より低下している主な理由は、AD8641のノイズが28 nV/√Hz で、ADA4841-1の2 nV/√Hzよりも大きいからです。システムの総消費電力は7.35mWで、ADCで0.7mW、アンプで2mW、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17.35mWに対して12mWを消費するADA4841-1を使用した場合に比べて58%の節電になることを表しています。



図2. AD7988-1を駆動するアンプAD8641を使用したシステムの回路性能


約1kHzを超える入力周波数でシステムのTHDおよびSNRが低下する様子を図3に示します。これは、図4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3. AD7988-1を駆動するアンプAD8641の入力周波数に対するTHDおよびSNR



図4. アンプAD8641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AD8641を使ってAD7988-5AD7980などの高速でピン互換のADCを駆動することができますが、最大100kSPSの低いサンプリング・レートの場合に限ります。アンプOP1177を使ってAD7988-1を2倍の電流(400μA)で駆動することができます。この場合、ノイズが小さくなることにより、4kHzまで歪みが改善され、システムのSNRが90dBの良好な値になるという利点があります。


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-CN0306-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AD7988-1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5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5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1kHz、DCオフセットが2.5Vの5Vp-pサイン波に設定します。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はUG-340ユーザー・ガイドに示されています。

製品サンプル

製品

概要

サンプル提供可能な
製品型番

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

AD7988-1 A/Dコンバータ、16ビット100kSPS、逐次比較型、超低消費電力

AD7988-1BCPZ-RL7

AD7988-1BRMZ

AD8641 オペアンプ、高精度JFET、低消費電力、レールtoレール出力

AD8641AKSZ-REEL7

AD8641ARZ

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。