CN0198

この回路は、AD5755 のスルーレート制御およびダイナミック消費電力制御機能を強化して、フル機能で堅牢なDACソリューションを実現します。ADP2300を使った簡単な降圧DC/DCコンバータの実装により、この回路は、AD5755の出力が大きく変化するのに必要な通常より高い電源電流を供給することができます。

AD5755は、デジタル・データをアナログ電流（たとえば、0 mA～20 mA、4 mA～24 mA、または0 mA～24 mA）または電圧出力（0 V～5 V、0 V～10 V、±5 V、または±10 V）へ変換する標準的DACのように動作します。AD5755は−26.4 Vまでの拡張AVSS電源範囲、および+33.0 VまでのAVDD範囲で動作します。

消費電力制御

標準的電流制御モジュールまたはアクチュエータの設計では、負荷抵抗値は一般に50 Ω～750 Ωの範囲で変えることができますが、10 Ωまで下げることも、1 kΩまで上げることもできます。4 mA～20 mA出力ドライバ段は負荷抵抗値の全範囲に対して十分なヘッドルームを与える電源電圧で動作させる必要があります。

たとえば、24 mAで1 kΩ負荷をドライブするとき、3 Vのヘッドルームが必要だと仮定すると、27 Vを上回る電源電圧が必要です。この場合、出力ドライバによるパッケージ内部の消費電力は3 V × 24 mA = 72 mWです。ただし、同じ27 Vの電源電圧で10 Ω負荷をドライブするとき、ドライバによる内部消費電力はおよそ27 V × 24 mA = 648 mWになります。クワッドDACの場合、2.5 Wを超えます。

AD5755回路は出力電圧を検出し、昇圧電源の電圧を、電源電圧要件に十分なヘッドルームを加えた電圧に動的に安定化します。24 mAの出力で10 Ωをドライブする場合、昇圧電圧が7.4 Vのとき、内部の消費電力はわずか7.4 V × 24 mA = 178 mWです。これは、制御されない場合に比べて1/4に近い省電力に相当します。

5V入力で動作する4個の独立したDC/DCコンバータによって、4つのDAC出力のそれぞれに別個の昇圧電源電圧を発生します。

DC/DCコンバータ

AD5755は4個の独立したDC/DCコンバータを内蔵しています。それらはそれぞれのチャンネルのV_{BOOST_X}電源電圧を動的に制御します。DC/DC回路に必要なディスクリート部品を図2に示します。以下のセクションでこの回路の動作を説明します。

C_DCDCの後に10 Ω、100 nFのローパスRCフィルタを配置することを推奨します。これは電力を少し消費しますが、V_{BOOST_X}電源のリップルを低減します。

L_DCDC、C_DCDC、および D_DCDCの推奨部品値を表1に示します。

DC/DCコンバータの動作

内蔵DC/DCコンバータは固定周波数のピーク電流モード制御回路を使って、4.5 VのAV_CC入力を5.5 Vに昇圧し、AD5755の出力チャンネルをドライブします。これらは、デューティ・サイクルがTyp< 90%の不連続導通モード(DCM)で動作するように設計されています。

不連続導通モードは、スイッチング・サイクルのかなりの部分でインダクタ電流がゼロになる動作モードを指します。DC/DCコンバータは非同期なので、外付けのショットキー・ダイオードが必要です。

DC/DCコンバータの出力電圧

チャンネルの電流出力がイネーブルされると、コンバータはV_{BOOST_X}電源を7.4 V (±5%)または(I_OUT × R_LOAD + ヘッドルーム)のどちらか高い方の電圧に安定化します。ヘッドルーム電圧は約3 Vです。

出力がディスエーブルされた電圧出力モードでは、コンバータはV_{BOOST_X}電源を+15 V (±5%)に安定化します。出力がディスエーブルされた電流出力モードでは、コンバータはV_{BOOST_X}電源を7.4 V (±5%)に安定化します。

チャンネル内では、V_{OUT_X}段とI_{OUT_X}段はV_{BOOST_X}電源を共有するので、I_{OUT_X}段とV_{OUT_X}段の出力を結合することができます。

DC/DCコンバータのセトリング時間

電流出力モードにおいて、約1 V (I_OUT × R_LOAD)より大きなステップのセトリング時間はDC/DCコンバータのセトリング時間によって決まります。例外は、I_{OUT_X}ピンに必要な電圧にコンプライアンス電圧を加えた電圧が7.4 V (±5%)を下回るときです。小さな負荷のセトリング時間は高速になります。24 mA より小さな電流ステップのセトリング時間も高速になります。

DC/DCコンバータの_VMAXの機能性

V_{BOOST_X}の最大電圧は、DC/DC制御レジスタで設定されます。この最大電圧に達すると、DC/DCコンバータはディスエーブルされ、V_{BOOST_X}電圧を約0.4 Vだけ減衰させます。電圧が減衰した後DC/DCコンバータは再度イネーブルされ、必要に応じて、電圧は再度V_MAXまで上昇します。

図3に示すように、状態レジスタ内のDC-DCxビットは、AD5755がV_MAX値まで上昇中はアサートされ、電圧がV_MAX − 0.4 Vまで減衰中はデアサートされます。

AV_CC電源の静的電流要件

DC/DCコンバータは次のV_{BOOST_X}電圧を供給するように設計されています。

V_BOOST = I_OUT × R_LOAD + ヘッドルーム

つまり、負荷と出力電圧を固定した場合、DC/DCコンバータの出力電流は次のように計算することができます。

I_OUTはアンペアで表したI_{OUT_X}からの出力電流です。
ηV_BOOSTは分数で表したV_{BOOST_X}の効率です。

AV_CC電源の遷移電流の要件

出力が遷移しているときは、DC/DCコンバータの出力容量を充電するため出力電力が増加します。そのため、AI_CC電流の要件は静的動作の場合より大きくなります。十分なAI_CC電流が供給されないと、AV_CC電圧が低下します。このようなAV_CCの低下により、出力遷移に必要なAI_CC電流はさらに増加します。このことは、AV_CC電圧がさらに低下し、V_{BOOST_X}電圧、つまり出力電圧がその所定の値に決して達しない可能性があることを意味します。このAV_CC電圧は全てのチャンネルに共通なので、他のチャンネルにも影響を与える可能性があります。

ADP2300のAV_CC電源

前に説明したように、AD5755の電源電流要件を満たす簡単な5 Vレールを生成するのにADP2300およびいくつかのディスクリート部品が使われています。出力電圧は、図4に示すように、出力電圧からFBピンに接続した抵抗分圧回路によって外部で設定されます。

テスト・データと結果

全てのテスト・データは、EVAL-AD5755SDZボード、 EVAL-SDP-CB1Zボード、 および ADP2300-EVALZ ボードを使って得られました。ADP2300回路を使ったシステムの積分非直線性(INL)、微分非直線性(DNL)、および総合未調整誤差(TUE)をそれぞれ図5、図6、および図7に示します。全ての測定で、AD5755昇圧レギュレータがアクティブでした。

システムのドキュメント一式がCN0198デザイン・サポート・パッケージに含まれています。 CN0198 Design Support package.