日本語参考資料 最新版英語回路ノートはこちら 回路ノート CN-0247 接続／参考にしたデバイス Circuits from the Lab™ 実用回路は今日のアナログ・ミ ックスド・シグナル、RF 回路の設計上の課題の解決 に役立つ迅速で容易なシステム統合を行うために作 製、テストされました。詳しい情報と支援については www.analog.com/jp/CN0247 をご覧ください。 AD7091R 超低消費電力、12 ビット、1MSPS A/D コンバータ AD8031 2.7 V、800 µA、80 MHz レール to レー ル I/O、シングル・アンプ 全消費電力 5 mW 以下の 12 ビット、1 MSPS SAR ADC＋ドライバ 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ルーションとなります。 評価と設計支援 回路評価基板 AD7091R 回路評価用ボード（EVAL-AD7091RSDZ） システム・デモ用プラットホーム（EVAL-SDP-CB1Z） 設計と統合ファイル 回路図、レイアウト・ファイル、部品表 AD7091R は 3V 電源で VDD 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。 回路の機能とその利点 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。 AD8031 SUPPLY DECOUPLING OPTIONAL INPUT PROTECTION 3V 3V 3V 10µF WITH BUSY INDICATION VDRIVE VDRIVE 10µF 100nF 100nF 100kΩ 100nF VIN VDD 1µF +VS AD8031 0V TO 2.5V –VS SDO SCLK AD7091R 3V ANALOG INPUT VDRIVE REGCAP CS SYSTEM DEMONSTRATION PLATFORM (SDP) CONVST 51Ω VIN GND 4.7nF REFIN/REFOUT 2.2µF RC FILTER 10264-001 10µF 図 112 ビット、1 MSPS 低消費電力 ADC とドライバ（簡略化した回路：接続の全ては示されていません） Rev. A アナログ・デバイセズ社は、提供する情報が正確で信頼できるものであることを期していますが、その情報の 利用に関して、あるいは利用によって生じる第三者の特許やその他の権利の侵害に関して一切の責任を負いま せん。また、アナログ・デバイセズ社の特許または特許の権利の使用を明示的または暗示的に許諾するもので もありません。仕様は、予告なく変更される場合があります。本紙記載の商標および登録商標は、それぞれの 所有者の財産です。 ※日本語資料は REVISION が古い場合があります。最新の内容については、英語版をご参照ください。 ©2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 本 社／〒105-6891 東京都港区海岸 1-16-1 ニューピア竹芝サウスタワービル 電話 03（5402）8200 大阪営業所／〒532-0003 大阪府大阪市淀川区宮原 3-5-36 新大阪トラストタワー 電話 06（6350）6868 CN-0247 回路ノート 回路の説明 最適の性能が得られるように、ほとんどの SAR ADC はアナ ログ信号の為の適切な入力バッファを必要とします。バッフ ァは内部のトラック＆ホールド・スイッチがホールドからト ラックに切り替わる時に ADC 入力で発生する過度信号から信 号源を絶縁します。ADC を駆動するバッファはこの過度状態 から回復し ADC のアクイジション時間以内に要求されている 精度に安定する必要があります。これは、信号源が高インピ ーダンスで、低歪みと高 S/N 比が重要なアプリケーションに おいては特に重要です。従って適切なバッファ・オペアンプ を選択する事は、設計過程で重要な部分になります。 AD7091R は 2.5 V リファレンス内蔵、12 ビット、高速、超低 消費電力、単電源 ADC です。このデバイスは 2.7 V～5.25 V の電源電圧で動作します。AD7091R は最大 1 MSPS のスルー プット・レートが可能です。サンプリング・レート 1 MSPS で、入力信号が 10kHz の時、AD7091R の全消費電力は約 2.3 mW です。 表 1 に示すように AD7091R の電力はスループットに比例す るので、1 MSPS サンプリング周波数が必要でないアプリケー ションではこの消費電力の値を小さくする事ができます。 システムの電力消費をさらに小さくするためには、コンバー タのスループット・レートを低くしてください。表 1 は AD7091R が通常モードで動作している時の 3V 電源での標準 的な消費電力対スループットを示します。 表 1 はパワーダウン・モードが駆動した時に実現可能な消費 電力の減少を示します。パワーダウン・モードは AD7091R を より低いスループット・レートで動作させる時、電源条件を 大幅に下げる事ができる極めて有効な手段です。 AD7091R は超小型 3 mm × 2 mm 10 ピン LFCSP パッケージ又 は 3 mm × 5 mm 10 ピン MSOP パッケージを採用しています。 2 つのパッケージは競合品に対し大幅な省スペースになりま す。 AD8031 はレール to レール入出力、低消費電力オペアンプで AD7091R の駆動アンプとして最適です。AD8031 は 2.7 V ～ 12 V の電源電圧で動作するので、2 つの IC を同じ電源電圧で 駆動する事ができます。AD8031 は小信号帯域幅 80 MHz、ス ルーレート 30 V/μs、0.1%までのセトリング・タイム 125 ns です。 AD8031 の出力は単電源動作時に負側レールの 20 mV 以内ま で振れます。 入力 0 V までの直線性が必要な場合、AD8031 に追加の負電源 が必要です（チュートリアル MT-035 を参照）。 図 1 は、回路の簡略化した図です。100 nF と 10 µF のセラミ ック・コンデンサを使用して IC 電源ピンをグラウンドに対し て十分にデカップリングしてください。これらのコンデンサ を両方の IC の電源ピンにできるだけ近く配置してください。 ADC に加わるアナログ入力信号が電源レールを 300 mV 以上 超えないように注意してください。もし信号がこのレベルを 超えると、内蔵 ESD 保護ダイオードが順方向バイアスとなり サブストレートに電流が流れ始めます。ダイオードが破損す る事なしに導通可能な最大電流は 10 mA です。これはチュー トリアル MT-036 に説明されているように AD7091R の VIN と 電源レールとの間にペアのショットキー･ダイオードを接続す る事により避けられます。 AD7091R は 2.5 V リファレンスを内蔵しています。規定の性 能を達成するために REFIN/REFOUT ピンを適切なデカップリン グしてください。REFIN/REFOUT コンデンサの標準的な値は 2.2 µF です。内蔵リファレンス電圧は外部からオーバードライブ できます。 外部リファレンス電圧を使用する場合は、2.7 V ～ VDD の範囲 を REFIN/REFOUT ピンに接続する必要があります。レギュレー タ・バイパス（REGCAP）デカップリング・コンデンサの標 準的な値は 1 µF です。 VDRIVE 入力に印加される電圧によって、シリアル・インター フェースのロジック・レベル電圧が制御されます。このピン を AD7091R のデジタル出力に接続されているロジック・ファ ミリーの電源電圧に接続してください。VDRIVE は 1.8 V ～VDD の範囲で設定できます。VDRIVE デカップリング・コンデンサ の標準的な値は 10 µF と 100 nF の並列です。 ビジー表示機能が必要な場合、VDRIVE と SDO ピンの間に 100 kΩ のプルアップ抵抗を接続してください。 AD7091R のアナログ入力バッファとして使用される AD8031 はユニティゲイン・バッファの構成とします。帯域外ノイズ を減らすためにオペアンプの出力段の後に 1 極 RC フィルタ を接続します。RC フィルタのカットオフ周波数を 660 kHz に 設定します。しかしシステムのスループット・レート仕様に より、このパラメータは変わります。AD7091R が最大のスル ープット・レートで動作しないシステムではフィルタ・カッ トオフ周波数を低くできます。アナログ信号入力の振幅とオ フセットの大きさによっては、オペアンプ AD8031 で増幅、 減衰、レベルシフトの回路を組み、入力信号振幅を ADC のア ナログ入力範囲に整合させる事ができます。 表 1.AD7091R が通常モードで動作している時の 3V での標準的な消費電力対スループット Mode IDD IDRIVE IAMP (µA) Total Current (µA) Total Power (mW) Power Down 550 nA 36 nA 766 767 2.3 Static (Power On, Input Grounded, No Clock) 21 µA 81 nA 766 787 2.4 Operating (Power On, 10 kHz Input, 1 MSPS Sampling) 368 µA 406 µA 766 1540 4.6 Operating (Power On, Input Grounded, 1 MSPS Sampling) 344 µA 35 µA 766 1145 3.4 Operating (Power On, Input Grounded, 1 kSPS Sampling) 57.8 µA 18.9 µA 766 843 2.5 サンプリング時、変換開始パルス幅= 20ns です、VDD = VDRIVE = 3 V。 Rev. A | Page 2 of 5 CN-0247 回路ノート 図 4 は周波数 10 kHz のアナログ信号を入力し 1 MSPS のレー トで取り込んだ 8192 サンプルについて計算した FFT データ です。SNR は 70.44dBFS です。 0.5 0 0.4 –20 0.3 –40 0.2 –60 0.1 0 –100 –120 –0.2 –140 1000 2000 3000 4000 –160 10264-002 0 ADC CODE 0 図 2 サンプリング・レート 1 MSPS の場合の INL 500 この回路は、大きな面積のグランドプレーンを持った多層 PC ボード（PCB）に構築する必要があります。最適な性能を得 るには適切なレイアウト、接地、デカップリング技術を使用 する必要があります（チュートリアル MT-031、チュートリア ル MT-101 と CN-0247 設計支援パッケージに示されている AD7091R 評価用ボード・レイアウトを参照）。 0.2 0.1 0 AD7091R と AD8031 の周辺部品の値はアプリケーションとセ ンサーの特定条件を満足するように変更する事ができます。 たとえば、バッファはゲインやオフセットを与える回路に構 成でき、RC フィルタのカットオフ周波数はサンプリング周波 数と入力周波数に応じて変更可能です。 –0.1 1 1001 2001 ADC CODE 3001 4001 図 3 サンプルイング・レート 1 MSPS の場合の DNL 10264-003 –0.2 –0.3 250 FREQUENCY (kHz) 図 4 システムの FFT、入力＝10 kHz、 サンプリング周波数=1 MSPS 0.3 DNL ERROR (LSB) –80 –0.1 –0.3 INPUT = 10kHz SAMPLING RATE = 1MSPS SNR = 70.44dBFS 10264-004 AMPLITUDE (dB) INL ERROR (LSB) 図 2 と図 3 はそれぞれ回路の積分非直線性（INL）と微分非直 線性（DNL）のグラフです。INL と DNL が±1 LSB 以下にな っている事に注目してください。 回路、ボード・レイアウト、部品表（BOM）など完全な技術 文書パッケージが http://www.analog.com/CN0247DesignSupport に載っております。 Rev. A | Page 3 of 5 CN-0247 回路ノート 回路評価とテスト セットアップ EVAL-AD7091RSDZ 評価用ボードはデバイスAD7091Rをこの 回路ノートに記述されている回路で評価し、テストするため に開発されました。回路の詳細とユーザー・インストラクシ ョンはEVAL-AD7091RSDZの技術文書に載っております。図5 にテスト・セットアップの機能ブロック図を示します。 任意のハードウェアを接続する前に、EVAL-AD7091RSDZ 評 価用ボードのリンクが次の位置になっている事を確認してく ださい： 必要な装置 • • 回路をテストするために、下記の装置が必要です。 • • 9V DC POWER SUPPLY − GND リンクを確認した後は評価用ボードの説明書に従ってハード ウェアを接続、ソフトウェアをインストールしてください。 テスト この回路ノートに含まれている各種テストを行う方法に関す る詳しい説明は評価用ボードの説明書を参照してください。 3V DC POWER SUPPLY + − PC + USB +9VIN J2-2 J2-1 VDD J1 J3-2 J3-1 VDRIVE J5 VIN SIGNAL GENERATOR 120 EVAL-AD7091RSDZ J4 10264-005 • • EVAL-SDP-CB1Z • • EVAL-AD7091RSDZ 評価用ボード（ソフトウェアと 9 V DC 用 AC アダプタ電源を含む） EVAL-SDP-CB1Z システム・デモ用プラットフォーム・ ボード 低歪み信号発生器（アジデント 81150A あるいは Audio Precision の System Two 2322 のような信号発生器） USB2.0 ポート付き Windows® XP 又は Windows Vista 又は Windows 7（32 ビット又は 64 ビット）対応の PC 電源：9 V DC 用 AC アダプタ（評価用ボードに含まれて いる、50mA の外部 3VDC 電源） CON A • LK1：ポジション A（入力バッファとして AD8031 を選 択する） LK2：ポジション A（J5 で入力を入力バッファに接続す る） LK5：ポジション A（外付け VDRIVE 源をイネーブルにす る） LK6：ポジション B（外付け VDD 源をイネーブルにす る） 図 5 テスト・セットアップの機能ブロック図 Rev. A | Page 4 of 5 CN-0247 回路ノート さらに詳しくは データシードと評価用ボード CN-0247 Design Support Package: http://www.analog.com/CN0247-DesignSupport AD7091R データシート／評価用ボード MT-031 Tutorial : Grounding Data Converters and Solving the Mystery of “AGND” and “DGND” AD8031 データシート システム・デモ用プラットホーム（EVAL-SDP-CB1Z） MT-035 Tutorial : Op Amp Inputs, Outputs, Single-Supply, and Rail-to-Rail Issues 改訂履歴 MT-036 Tutorial : Op Amp Output Phase-Reversal and Input OverVoltage Protection MT-101 Tutorial : Decoupling Techniques 10/12—Rev.0 to Rev.A Deleted Common Variations Section..................................................3 4/12—Revision 0:初版 「Circuits from the Lab／実用回路集」はアナログ・デバイセズ社製品専用に作られており、アナログ・デバイセズ社またはそのライセンスの供与者の知的所有物です。お客さ まは製品設計で「Circuits from the Lab／実用回路集 」を使用することはできますが、その回路例を利用もしくは適用したことにより、特許権またはその他の知的所有権のも とでの暗示的許可、またはその他の方法でのライセンスを許諾するものではありません。アナログ・デバイセズ社の提供する情報は正確でかつ信頼できるものであることを 期しています。しかし、「Circuits from the Lab／実用回路集 」は現状のまま、かつ商品性、非侵害性、特定目的との適合性の暗示的保証を含むがこれに限定されないいかな る種類の明示的、暗示的、法的な保証なしで供給されるものであり、アナログ・デバイセズ社はその利用に関して、あるいは利用によって生じる第三者の特許権もしくはそ の他の権利の侵害に関して一切の責任を負いません。アナログ・デバイセズ社はいつでも予告なく「Circuits from the Lab／実用回路集 」を変更する権利を留保しますが、そ れを行う義務はありません。 商標および登録商標は各社の所有に属します。 ©2012 Analog Devices, Inc. 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