AK9223MK

[AK9223]
AK9223
Dual 1-Bit, 10MHz, 2nd-Order, ΔΣ Modulator
概
要
AK9223はダイナミックレンジ86dB, 5V電源の2ch、ΔΣモジュレータです。 24ピンTSSOPパッケージに実
装され、基板スペースを削減します。
特
長
 分解能 ： 16ビット
 リニアリティ： 13ビット
 入力電圧範囲 ： ±2.3V
 高精度基準電圧内蔵：±1% (2.5V±0.025V)、 ±20ppm/C (typ.)
 ゲインエラー: 0.5% (max.)
 2ch ΔΣモジュレータ
 2ch 入力リファレンス
 20MHz OSC内蔵
 外部クロック選択可能
 消費電流: 67.5 mW (SEL=1, AVDD = DVDD = 5V)
 電源電圧: AVDD = 4.5 to 5.5V、DVDD = 2.7 to 5.5V
 Ta = -40 to 105C
 小型パッケージ: 24-pin TSSOP (0.65mmピッチ)
AVDD
AIN0+
AIN0-
DVDD
Second-Order
ΔΣModulator
REFI0
CH2+
AIN1+
AIN1-
CH2REF2
Second-Order
ΔΣModulator
REFI1
REFO
Output
Interface
Circuit
OUT1
OUT2
CLKO
Clock
Select
CLKI
SEL
20MHz
OSC
Oscillator
2.5V
Reference
Voltage
VSS1 VSS2 VSS3 VSS4 VSS5
Figure 1. ブロック図
014010283-J-01
1
2014/11
[AK9223]
 ピン配置
014010283-J-01
AVDD
1
24
AVDD
VSS1
2
23
REFO
REFI0
3
22
VSS4
TEST0
4
21
OUT0
AIN0+
5
20
OUT1
AIN0-
6
19
CLKO
AIN1-
7
18
VSS5
AIN1+
8
17
DVDD
TEST1
9
16
CLKI
REFI1
10
15
SEL
VSS2
11
14
VSS3
AVDD
12
13
AVDD
Top
View
2
2014/11
[AK9223]
ピン／機能
Pin No.
Pin Name
I/O
Function
Analog Power Supply : 4.5V to 5.5V
1
AVDD
Connect to VSS1~VSS4 with a 0.1μF ceramic capacitor.
2
Ground
VSS1
3
I
Reference Voltage input for Channel 0
REFI0
TEST Pin.
4
TEST0
This pin must be open.
5
I
Channel 0 Analog input+
AIN0+
6
I
Channel 0 Analog inputAIN07
I
Channel 1 Analog inputAIN18
I
Channel 1 Analog input+
AIN1+
TEST Pin.
9
TEST1
This pin must be open.
10
I
Reference Voltage input for Channel 1
REFI1
11
Ground
VSS2
Analog Power Supply : 4.5V to 5.5V
12
AVDD
Connect to VSS1~VSS4 with a 0.1μF ceramic capacitor.
Analog Power Supply : 4.5V to 5.5V
13
AVDD
Connect to VSS1~VSS4 with a 0.1μF ceramic capacitor.
14
Ground
VSS3
Clock select input
15
I
SEL
“H”: internal oscillator, “L”: external clock source
External clock input
16
I
CLKI
If not used, must be tied to DVDD or VSS5
Digital Power Supply : 2.7 V to 3.6V (or 4.5V to 5.5V)
17
DVDD
Connect to VSS5 with a 0.1μF ceramic capacitor.
18
Ground
VSS5
19
O
Clock output
CLKO
20
O
Data output of Channel 1 modulator
OUT1
21
O
Data output of Channel 0 modulator
OUT0
22
Ground
VSS4
I
23
Reference Voltage input for Channel 0
REF0
Analog Power Supply : 4.5V to 5.5V
24
AVDD
Connect to VSS1~VSS4 with a 0.1μF ceramic capacitor.
Note 1. ディジタル入力ピン(SEL, CLKI)はオープンにしないで下さい。
■ 使用しないピンの処理について
使用しない入出力ピンは下記の設定を行い、適切に処理してください。
区分
ピン名
設定
Analog
AIN0+, AIN0-, AN1+, AIN1-, REFI0, REFI1
VSS
014010283-J-01
3
2014/11
[AK9223]
絶対最大定格
(VSS1~VSS5 = 0V; Note 2, Note 3)
Parameter
Power Supply
Analog Input Current
(AIN0+, AIN0-, AIN1+, AIN1-, REFI0, REFI1)
Analog Input Voltage
(AIN0+, AIN0-, AIN1+, AIN1-, REFI0, REFI1)
Digital Input Current
(CLKI, SEL)
Digital Input Voltage
(CLKI, SEL)
Storage Temperature
Symbol
VDD
AIIN
min
-0.3
-
max
+6.0
10
Units
V
mA
AVIN
-0.3
AVDD+0.3
V
DIIN
-
10
mA
DVIN
-0.3
DVDD+0.3
V
Tstg
-65
150
C
注意: この値を超えた条件で使用した場合、デバイスを破壊することがあります。
また通常の動作は保証されません。
推奨動作条件
(VSS1~VSS5 = 0V; Note 2, Note 3)
Parameter
Analog Power Supply
AVDD
Digital Power Supply
DVDD
Input Reference Voltage
Analog Input
External clock
Ambient Operating Temperature
Symbol
3V logic level
5V logic level
REFI
Vin= (AIN+) - (AIN-)
Ta
Min
4.5
2.7
4.5
0.5
-0.92 x VREF
16
-40
typ
5.0
3.0
5
2.5
20
max
5.5
3.6
5.5
2.6
+0.92 x VREF
24
105
Units
V
V
V
V
V
MHz
C
注意: 本データシートに記載されている条件以外のご使用に関しては、当社では責任負いかねますので十分 ご
注意下さい。
Note 2. 電圧はすべてグランドピンに対する値です。
Note 3. VSS1, VSS2, VSS3, VSS4, VSS5 は同じアナロググランドに接続してください。
Note 4. 電源立ち上げ時、AVDDとDVDDの投入順序を考慮する必要はありません。
014010283-J-01
4
2014/11
[AK9223]
アナログ特性
(特記なき場合は、Ta = -40C to 105C; AVDD=5V, DVDD=3V, AIN+=0.2V to 4.8V, AIN-=2.5V,
REFI=REFO=2.5V (internal), CLKI= 20MHz, and 16bit Sinc3 filter with OSR =256)
Parameter
Min
typ
max
Resolution
16
Integral Nonlinearity (INL)
-8
±3.8
+8
VIN = ±2.3Vpp
Error
(Note 5) VIN = ±2.0Vpp
-4
±1.8
+4
Integral Nonlinearity match
1
4
Differential Nonlinearity (DNL) Error
-1
+1
Offset Error
REFI=2.5V
-3
±1.5
+3
Offset Error match
0.2
2
Offset Error Drift
(Note 6)
-8
1
+8
Gain Error
(Note 7)
Referenced REFI = 2.5V
-0.5
±0.02
+0.5
Gain Error match
0.1
0.5
Gain Error Drift
(Note 8)
±1.3
PSRR
82
Analog Input
Full scale differential input
(AIN+)-(AIN-)
-REFI
+REFI
voltage range:
AIN- =2.5V
Specified differential input
(AIN+)-(AIN-)
-0.92 x
+0.92 x
Voltage range
AIN- =2.5V
REFI
REFI
Absolute input voltage range
0
AVDD
Input Capacitance
AIN to VSS
1
Input Leakage current
Clock turned off (Note 9)
-1
+1
Differential input resistance
80
100
120
Differential input capacitance
2.5
CMRR
at dc
108
AIN- =2.5V
Vin = ±1.25Vpp at 40kHz
117
Sampling Dynamics
Internal clock frequency
9
10
11
SEL=1, -40C to +105C
External clock frequency
SEL=0
(Note 10)
1
20
24
Dynamic Characteristics
THD
Vin = ±2.3Vpp at 5kHz
-85
-80
SFDR
Vin = ±2.3Vpp at 5kHz
82
86
S/N
Vin = ±2.3Vpp at 5kHz
88
92
Vin = ±2.0Vpp at 5kHz
87
91
S/(N+D)
Vin = ±2.3Vpp at 5kHz
80
84
Channel to Channel Isolation
Vin = ±2.3Vpp at 5kHz
100
-
Units
Bits
LSB
LSB
LSB
LSB
mV
mV
V /C
%FSR
%FSR
ppm/C
dB
V
V
V
pF
A
k
pF
dB
dB
MHz
MHz
dB
dB
dB
dB
dB
dB
Note 5. 指定された入力レンジのエンドポイントを結んだ線と実際の遷移点の最大偏差。
Note 6. Ta= -40℃ to 105℃の温度範囲における、Ta=25℃時のオフセットを基準にした場合の最大変動量。
Note 7. REFIピンを基準にしたスペックです（内蔵VREFのバラツキは除外）。
Note 8. 内蔵VREFの温度ドリフトを除外したスペックです。
Note 9. –方向はICから電流が出ていく向き。
Note 10. External clockの推奨入力範囲は16MHz～24MHzです。1MHz～16MHz、24MHz～32MHzでも特性は
劣化しますが使用可能です。
014010283-J-01
5
2014/11
[AK9223]
アナログ特性
(特記なき場合は、Ta = -40C to 105C; AVDD=5V, DVDD=3V, AIN+=0.2V to 4.8V, AIN-=2.5V,
REFIx=REFO=2.5V (internal), CLKI= 20MHz , and 16bit Sinc3 filter with OSR =256)
Parameter
Min
typ
max
Reference Voltage Output
Reference output voltage
2.475
2.5
2.525
Reference output voltage drift
±20
Output current
10
Short-circuit current
0.5
Turn-on settling time
500
CF = 0.1F
(Note 11)
Reference Voltage Input
Reference input voltage
0.5
2.5
2.6
Input resistance
100
Input capacitance
5
Input current
1
Power Supplies
AIDD
SEL=1
12.2
17
SEL=0
11.8
16
DIDD
DVDD=3V, CLKO = 10MHz
0.9
2
DVDD=5V, CLKO = 10MHz
1.3
3
Note 11. To accuracy level of 0.1%, 40s typ, no load
Units
V
ppm/C
A
mA
s
V
M
pF
A
mA
mA
mA
mA
REFO
AK9223
CF
014010283-J-01
6
2014/11
[AK9223]
DC特性
(Ta = -40C to 105C, AVDD=4.5V to 5.5V, DVDD=2.7V to 5.5V)
min
Parameter
Symbol
High-Level Input Voltage1, DVDD=2.7V to 3.6V
VIH1
2
Low-Level Input Voltage1, DVDD=2.7V to 3.6V
VIL1
High-Level Input Voltage2, DVDD=4.5V to 5.5V
VIH2
0.7 x DVDD
Low-Level Input Voltage2, DVDD=4.5V to 5.5V
VIL2
Input capacitance
Ic
Input Leakage Current
Iin
High-Level Output Voltage , DVDD=4.5V
VOH2
4.44
(Iout = -100µA)
Low-Level Output Voltage , DVDD=4.5V
VOL2
(Iout =100µA)
High-Level Output Voltage , DVDD=2.7V
VOH1
DVDD-0.2
(Iout = -100µA)
Low-Level Output Voltage , DVDD=2.7V
VOL1
(Iout =100µA)
Output Capacitance
CO
Load Capacitance
CL
-
014010283-J-01
7
typ
5
-
max
0.8
0.3 x DVDD
±1
-
Units
V
V
V
V
pF
uA
V
-
0.5
V
-
-
V
-
0.2
V
5
-
30
pF
pF
2014/11
[AK9223]
スイッチング特性
(Ta = -40C to 105C, AVDD=5V, DVDD=2.7V to 5.5V , CL=30pF)
Parameter
Symbol
min
CLKI period
tCKI
41.6
CLKI High Pulse Width
tCKH
10
CLKO period
SEL=0
tCKO1
2 x tCKI
SEL=1
tCKO2
91
CLKO High Pulse Width
tCKOH
(tCKO/2) -5
CLKI “↑” to CLKO “↓” Delay
SEL=0
tPD1
CLKI “↑” to CLKO “↑” Delay
SEL=0
tPD2
CLKO “↑” to OUT data Delay
SEL=0
tPD3
tCKH-3
SEL=1
tPD4
(tCKO/4)-8
typ
max
1000
tCKI-10
111
(tCKO/2) + 5
10
10
tCKH+7
(tCKO/4)+8
Units
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
 タイミング波形
tCKI
tCKH
CLKI
50%DVDD
tCKO
tPD1
tCKOH
CLKO
tPD2
50%DVDD
tPD3,tPD4
50%DVDD
OUT
Figure 2. データ出力タイミング
014010283-J-01
8
2014/11
[AK9223]
機
能
説 明
AK9223は2ch, ΔΣモジュレータです。OUTピンからは
アナログ入力信号レベルを表します。
“0”, “1”のデータが出力され、“0”, “1”の密度により
ΔΣモジュレータは量子化ノイズを高域へシフトさせます。AK9223の出力後にはローパスデジタルフィルタ
を使用します。このフィルタは、高域のノイズをフィルタし、高速サンプリングされた1ビットデータを低速
の高ビットデータワードに変換します（ディシメーション）。このデジタルフィルタはFPGAなどにより構成
することが可能です。Figure 3に構成例を示します。下記推奨外部部品はできるだけIC直近に接続して下さい。
CLKO
TEST0 TEST1
OUT0
外部信号ソース
2.5V
47Ω
AIN0+
3V
CA
=680pF
2.5V
FPGA
or
ASIC
OUT1
DVDD
0.1uF
AIN0VSS5
47Ω
3V
REFI0
SEL
CLKI
外部信号ソース
2.5V
5V
47Ω
AIN1+
AVDD
5V
CA
=680pF
2.5V
0.1uF
AVDD
AIN1-
0.1uF
47Ω
5V
REFI1
AVDD
REFO
0.1uF
0.1uF
5V
VSS2
VSS1
VSS4
VSS3
AVDD
0.1uF
Figure 3. AK9223推奨外付け回路例
AD変換特性（速度と精度）はOSR（オーバーサンプリングレシオ）とデジタルフィルタのタイプに依存しま
す。低い変換レートの場合、OSRを大きくし、高精度が実現できます。OSRが小さい場合、精度は低くなり
ますが、高速変換が実現できます。AK9223はアプリケーションに適したデジタルフィルタを構成することに
より、OSR=256で86dBを超えるダイナミックレンジのAD変換を実現することが可能です。
014010283-J-01
9
2014/11
[AK9223]
 内部動作
AK9223のアナログ入力はSC（switched-capacitor）回路で構成され、このモジュレータ部でアナログ入力を1
ビットのデータ・ストリームにデジタイズします。クロックは外部から、もしくは内部の発振器出力を入力
することができます。アナログ入力はモジュレータでサンプリングされ、REFIピンに入力されたリファレン
ス電圧と比較されます。時間軸でアナログ入力を表すデジタルストリームがAD変換出力になります。
 モジュレータ
AK9223は2つのモードを持っています。SELピン= “H” の場合、内部発振器をクロックとして使います。この
場合、クロックは20MHzに固定になります。SELピン= “L” の場合、モジュレータのクロックはCLKIピンか
ら入力します。どちらの場合も入力されたクロックは1/2に分周されモジュレータのクロックに使われます。
外部クロックを使う場合、1MHzから 24MHzまで入力することが可能です。この場合、モジュレータは500kHz
から12MHzで動作します。
 デジタル I/F
アナログ入力信号はモジュレータに入力されるクロックを使い、AD変換されます。AD変換された結果はOUT
ピンから出力されます。2つのモジュレータで使う共通のクロックはCLKOピンから出力されます。
SELピン= “H” の場合、CLKIピンはフローティングにせず、DVDD、もしくはVSS5に接続ください。
014010283-J-01
10
2014/11
[AK9223]
 デジタルフィルタ
モジュレータからは“0”, “1”のデータ・ストリームが出力されます。アナログ入力と等価なデジタルデータに
する為にデータ・ストリームはデジタルフィルタで処理ください。
シンプルな構成である3次Sincフィルタの伝達関数を示します。
1 − 𝑧 −𝑂𝑆𝑅
H(z) = (
)
1 − 𝑧 −1
3
このフィルタの構成ゲート数は大きくはなく、比較的容易に高性能を実現することができます。このデータ
シートの特性は3次Sincフィルタを用いた場合のデータになります(OSR=256、出力ビット数：16bit）。
このフィルタの特性はFigure 4、Figure 5を参照ください。最初のノッチは fDATA (= fMOD / OSR) になります。
-3dBポイントはナイキスト周波数の1/2、もしくは fDATA/4 になります。
Figure 4. Sinc3 周波数特性 (OSR=32)
Figure 5. Sinc3 周波数特性 (OSR=256)
014010283-J-01
11
2014/11
[AK9223]
シ
ス
テ
ム 設 計
 電源電圧
デジタル電源はインターフェースの為のI/O電圧を設定します。2.7Vから5.5Vの間で設定できます。
電源電圧が印可される前にAIN+.AIN-,CLKIなどの入力ピンに電圧を加えないでください。
 デカップリング
デカップリングコンデンサはデカップリングされるピンのできるだけ近くに置いてください。0.1μFセラミックコンデンサを
AVDD(1番ピン)－VSS1間、AVDD(12番ピン)－VSS2間、AVDD(13番ピン)－VSS3間、AVDD(24番ピン)－VSS4
間、DVDD－VSS5 間のデカップリングの為にご使用下さい。
アナログとデジタルI/O電源が同じ電源ソースの場合、アナログ電源とデジタル電源間に10Ωを挿入し、アナ
ログ電源に電源ソースを接続して下さい。電源へのノイズを減少させる為、上記10Ωとデカップリングコン
デンサの0.1μFでRCフィルタを構成してください。
014010283-J-01
12
2014/11
[AK9223]
パッケージ
24pin TSSOP (Unit: mm)
7.80.1
13
6.40.15
A
4.40.1
24
12
1
0.65
0.250.05
0.15±0.05
Detail A
0.60.1
1.10 MAX
0.10
0.10±0.05
0.90.05
0-8
014010283-J-01
13
2014/11
[AK9223]
マーキング
AK9223MK
AAYWWB
a. 1 ピン表示
b. 製品番号： AK9223MK
c. 日付コード：AAYWWB
AA
Y
WW
B
014010283-J-01
管理コード2桁
西暦年1桁
週コード 2桁
管理コード1桁
:
:
:
:
14
2014/11
[AK9223]
重要な注意事項
0. 本書に記載された弊社製品（以下、「本製品」といいます。）、および、本製品の仕様につきまして
は、本製品改善のために予告なく変更することがあります。従いまして、ご使用を検討の際には、本
書に掲載した情報が最新のものであることを弊社営業担当、あるいは弊社特約店営業担当にご確認く
ださい。
1. 本書に記載された情報は、本製品の動作例、応用例を説明するものであり、その使用に際して弊社お
よび第三者の知的財産権その他の権利に対する保証または実施権の許諾を行うものではありません。
お客様の機器設計において当該情報を使用される場合は、お客様の責任において行って頂くととも
に、当該情報の使用に起因してお客様または第三者に生じた損害に対し、弊社はその責任を負うもの
ではありません。
2. 本製品は、医療機器、航空宇宙用機器、輸送機器、交通信号機器、燃焼機器、原子力制御用機器、各
種安全装置など、その装置・機器の故障や動作不良が、直接または間接を問わず、生命、身体、財産
等へ重大な損害を及ぼすことが通常予想されるような極めて高い信頼性を要求される用途に使用さ
れることを意図しておらず、保証もされていません。そのため、別途弊社より書面で許諾された場合
を除き、これらの用途に本製品を使用しないでください。万が一、これらの用途に本製品を使用され
た場合、弊社は、当該使用から生ずる損害等の責任を一切負うものではありません。
3. 弊社は品質、信頼性の向上に努めておりますが、電子製品は一般に誤作動または故障する場合があり
ます。本製品をご使用頂く場合は、本製品の誤作動や故障により、生命、身体、財産等が侵害される
ことのないよう、お客様の責任において、本製品を搭載されるお客様の製品に必要な安全設計を行う
ことをお願いします。
4. 本製品および本書記載の技術情報を、大量破壊兵器の開発等の目的、軍事利用の目的、あるいはその
他軍事用途の目的で使用しないでください。本製品および本書記載の技術情報を輸出または非居住者
に提供する場合は、「外国為替及び外国貿易法」その他の適用ある輸出関連法令を遵守し、必要な手
続を行ってください。本製品および本書記載の技術情報を国内外の法令および規則により製造、使用、
販売を禁止されている機器・システムに使用しないでください。
5. 本製品の環境適合性等の詳細につきましては、製品個別に必ず弊社営業担当までお問合せください。
本製品のご使用に際しては、特定の物質の含有・使用を規制するRoHS指令等、適用される環境関連法
令を十分調査のうえ、かかる法令に適合するようにご使用ください。お客様がかかる法令を遵守しな
いことにより生じた損害に関して、弊社は一切の責任を負いかねます。
6. お客様の転売等によりこの注意事項に反して本製品が使用され、その使用から損害等が生じた場合は
お客様にて当該損害をご負担または補償して頂きますのでご了承ください。
7. 本書の全部または一部を、弊社の事前の書面による承諾なしに、転載または複製することを禁じます。
014010283-J-01
15
2014/11