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-0209 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/CN0209 を ご覧ください。 ADP1720 高電圧、低ドロップアウト・ リニア・レギュレータ ADG442 LC2MOS クワッド SPST スイッチ AD8275 G = 0.2、レベル変換 ADC ド ライバ AD8676 デュアル、レール to レール出力オペアン プ REF194 高精度 4.5 V 電圧リファレン ス AD7193 24 ビット Σ-Δ ADC AD8617 低ノイズ、レール to レール入 力／出力オペアンプ ADuM1400 4 チャンネル・デジ タル・アイソレータ ADT7310 16 ビット・デジタル温度セン サー ADuM1401 4 チャンネル・デジ タル・アイソレータ ADG1414 シリアル制御オクタル SPST スイッチ プロセス・コントロール・アプリケーション用フル・プログラマブル・ ユニバーサル・アナログ・フロントエンド 評価と設計支援 回路の説明 回路評価基板 CN-0209 回路評価ボード（EVAL-CN0209-SDPZ） 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 この回路は図 2 の設定図に示すように 2 線式、3 線式、4 線式 RTD 回路、冷接点補償熱電対入力、ユニポーラ／バイポーラ 入力電圧、4 mA-20 mA 入力をサポートするプロセス・コント ロール・アプリケーションのためにフル・プログラマブルな ユニバーサル・アナログ・フロントエンド（AFE）を提供し ます。 回路の機能とその利点 図１に示す回路はプロセス・コントロールのアプリケーショ ン用フル・プログラマブル・ユニバーサル・アナログ・フロ ントエンド（AFE）です。次の入力をサポートします：2 線式、 3 線式、4 線式 RTD 回路、冷接点補償熱電対入力、ユニポー ラ／バイポーラ入力電圧、4 mA-20 mA 入力。 今日、多くのアナログ入力モジュールでユーザーの入力条件 を設定するためにワイヤ・リンク（ジャンパー）が使用され ています。ワイヤ・リンクを使用して入力の設定、再設定を 行う場合、時間、知識、マニュアルでの介在が必要となりま す。この回路は RTD を励起する定電流源と共にモードを設定 するソフトウェア制御可能なスイッチが内蔵されています。 回路は又熱電対回路のコモン・モード電圧を設定するために 再設定する事もできます。Σ-Δ AD コンバータに対するアナロ グ入力電圧範囲を調整するために差動アンプが使用されます。 この回路により業界最先端の性能とコストが得られます。 この回路は AD8676 と AD8275 によって電圧ゲインが提供さ れるので、特に小信号入力（全てのタイプの RTD 又は熱電 対）に適しています。 AD7193 は 24 ビット Σ-Δ AD コンバータで、4 つの差動入力、 又は 8 チャンネルの擬似差動入力に設定できます。 ADuM1400 と ADuM1401 はマイクロ・コントローラと ADC 間の必要なすべての信号絶縁を行います。 また、この回路は標準的な外部保護回路を含み、IEC61000 仕 様に準拠しております。 Rev. 0 シリアル制御オクタル SPST スイッチの ADG1414 は選択した 測定モードを設定するために使用されます。 電圧測定 この回路で±10 V までのユニポーラ／バイポーラ信号範囲を 測定する事ができます。入力信号は AD コンバータ AD7193 の変換前に信号処理段を通過します。アンプ AD8676 はゲイ ン段の前段で入力をバッファします。AD8275 は入力信号が AD7193 の入力範囲に一致するように入力信号をレベルシフ トしゲインを提供するために使用されます。AD8275 の出力 は、その REF ピンに接続されたコモン・モード信号でバイア スされます。この電圧は高精度 4.5 V リファレンス REF194 に よって生成されます。 RTD 測定 接続表に示されているように、この回路は2線式、3線式、4線 式RTD回路をサポートします。この場合、トランスデューサ は1000 Ω白金（Pt）RTD（測温抵抗体）です。最も高精度な 回路は4ピンRTD構成です。提示したアプリケーションの中で、 外部200 μA電流源はRTDの励起電流を供給します。そして回 路のダイナミック・レンジを最大にするためにAD7193をゲイ ン16で動作させます。RTD測定モードを選択した時、オペア ンプAD8617は電流源として設定されます。AD8617は熱電対 測定を選択した時にはコモン・モード電圧を設定するために クローズド・ループに再設定されます。AD8617はデュアルの 低ノイズ・アンプなのでボードにある両方の入力チャンネル を駆動できます。 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。 ©2011 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 CHANNE L 1 CHANNE L 2 J2-3 J2-2 J2-4 J2-1 J1-3 J1-2 J1-1 J1-4 Rev. 0 | Page 2 of 5 P3 P2 ADG1414 SCLK DIN SUPPLY +15V SCLK IN4 D4 IN3 D3 IN2 D2 IN1 D1 -15V -15V SYNC GND2 S4 S3 S2 S1 GND2 D8 S8 ADG442 D7 S7 DIN D6 S6 D5 D4 S4 S5 D3 D2 S2 S3 D1 S1 ADG1414 AVDD -15 AGND AIN2_0 AIN1_0 GND2 10uF GND2 -INB +INB +INA -INA GND2 -15V -V AD8676 +V OUTB OUTA GND2 1/2 AD8617 +15V +2.25V +5V GND2 ADP1720 V IN VOUT 1/2 AD8617 +15V +2.25V -15V 0.1uF 0.1uF 10uF 11.5k 11.5k 0.1uF GND2 REF1 REF2 +4.5V +5V J2-6 J2-5 J1-6 J1-5 GND2 +5V 10uF CURRENT CHANNE L 1&2 AVDD +15 P2 P2 4-20_2 4-20_1 AD8275 10uF AD7193 DOUT SCLK DOUT/RDY CS DIN SCLK DVDD DIN ADT7310 +2.25V 0.1uF +5V GND2 1k 1k AGND BPDSW DGND GND2 AIN8 AIN7 AIN6 AIN5 AIN4 AIN3 AIN2 AIN1 P3 AIN2_0 GND2 0.1uF REFIN1+ REFIN1- AVDD +4.5V 4-20_2 4-20_1 P3 200 200 GND2 REF194 +4.5V VOUT AIN1_0 V IN INT1 INT2 DOUT AD7193 DOUT AD7193 DIN SCLK SCLK DIN ADG1414 ADT7310 DIN CS DOUT 0.1uF GND2 +5V 10k Vdd2 Gnd2 Voa Vob Voc Vid Ve2 Gnd2 ADuM1401 Vdd1 Gnd1 Via Vib Vic Vod Ve1 Gnd1 10k Vdd1 Gnd1 Via Vib Vic Vid Ve1 Gnd1 ADuM1400 Vdd2 Gnd2 Voa Vob Voc Vod Ve2 Gnd2 GND2 GND INT CT GND2 ADT7310 SCLK VDD +5V GND1 +3.3V INT2 INT1 INT1_I INT2_I DOUT_I AD7193_I SCLK_I DIN_I ADG1414_I ADT7310_I CN-0209 Circuit Note 図 1.プロセス・コントロール・アプリケーション用ユニバーサル・プログラマブル・アナログ・フロントエンド （簡略化した回路：接続及びデカップリングの全ては示されていません。） 09839-001 INTERFACE MICROCONTROLLER CN-0209 Circuit Note CONNECTION TABLE RTD 2 WIRES RTD 3 WIRES RTD JX-1 JX-2 RTD 4 WIRES RTD JX-3 JX-4 TC JX-1 JX-2 RTD JX-3 JX-4 DIFFERENTIAL INPUT VOLTAGE TC Va JX-1 JX-2 JX-3 JX-4 SINGLE INPUT VOLTAGE Vb V Uab = Va–Vb JX-1 JX-2 JX-3 JX-4 JX-2 JX-3 JX-2 JX-3 CURRENT CURRENT INPUIT JX-6 09839-002 JX-5 図 2.アナログ入力の設定表 電流源設定用の抵抗は測定回路の温度ドリフト誤差を防止す るために低温度係数でなければなりません。 測定回路で温度ドリフト誤差を防止するために検出抵抗は、 低温度係数でなければなりません。 熱電対測定 レギュレータとリファレンスの選択 熱電対アプリケーションで、熱電対で発生する電圧は（ADC に外部から供給される）絶対レファレンスを基準に測定され ます。冷接点補償は16ビット温度補償センサーADT7310を使 用して実行されます。熱電対からの信号が微小な事と回路の ダイナミック・レンジを最大にする理由で、AD7193をその最 大ゲイン・レンジの128で動作させます。入力チャンネルはバ ッファされているので、（必要に応じて）フロントエンドに 大きなデカップリング・コンデンサを配置して、熱電対ピン に現れるすべてのノイズ混入を除去する事ができます。熱電 対測定のためのコモン・モード電圧はアンプAD8617によって 供給されます。 この回路の 5 V レギュレータとして ADP1720 を選択しました。 ADP1720 は得に産業用アンプリケーションに適した高電圧マ イクロパワー・リニアレギュレータです。 4 mA-20 mA 電流の測定 この回路は4 mA-20 mA電流測定もサポートします。電流はボ ード上の検出抵抗を使用して電圧に変換されます。電流測定 モードでADCのフル・ダイナミック・レンジを利用できるよ うに抵抗200 Ωを使用します。 この回路のリファレンスとして 4.5 V REF194 を選択しました。 E グレード製品の初期精度は 25°C で±2 mV で、ドリフトは 5 ppm/°C max です。REF194 は低ドロップアウト製品で、消費 電流は 45 μA 以下です。又－40°C ～＋125°C で性能が規定さ れております。 アイソレーション ADuM1400 とADuM1401 は、アナログ・デバイセズの iCoupler®技術に基づいた 4 チャンネルのデジタル・アイソレ ータです。これらは、フィールド側とシステム側マイクロ・ コントローラ間を、絶縁定格 2.5 kV rmsで絶縁するために使 用されます。4 線がADuM1400 を通過して使用されます：す べて送信用（SCLK、DIN、ADG1414、ADT7310）。4 線が ADuM1401 を通過して使用されます：１つは送信用（AD7193 ）で 3 つは受信用（INT1、INT2、DOUT）。DIN、DOUT、 SCLKのラインはSPORTインターフェースに接続されます。 Rev. 0 | Page 3 of 5 CN-0209 Circuit Note 表 1.1000 サンプルに基づいた実測性能 入力 AD7193 の設定 Gain = 1; 50 Hz and 60 Hz rejection; output data rate = 50 Hz ±10V 入力範囲 4 mA～20 mA 範囲 RTD 熱電対 RMS ノイズ（nV） 7940 実効分解能（ビット） 19.15 Gain = 1; 50 Hz and 60 Hz rejection; output data rate = 2.63 Hz 931 22.24 Gain = 16; 50 Hz and 60 Hz rejection; output data rate = 2.63 Hz Gain = 128; 50 Hz and 60 Hz rejection; output data rate = 2.63 Hz 243 220 20.29 19.23 図 3 は、入力をグラウンドに接続し、バイポーラ入力モード に設定した時の、AD7193 の出力性能のヒストグラム・プロ ットです。このヒストグラムは入力換算ノイズの影響を示し ています。このモードで得られた有効分解能は 19.2 ビットで す。 表 1 に ADC からの 1000 個のデータ・サンプルに基づいた他 の動作モードの性能を示します。 この回路には回路の堅牢性を向上するために標準保護ダイオ ードや電圧トランジェント・サプレッサ（TVS 製品）のよう な外付け保護も含まれています。CN0209 設計支援パッケージ www.analog.com/CN0209-DesignSupport の回路図や他の資料を ご覧ください。 USBポート付きWindows® XP又はWindows Vista®（32ビッ ト）又はWindows® 7（32ビット）対応のPC 回路評価ボード（EVAL-CN0209-SDPZ） SDP評価ボード（EVAL-SDP-CB1Z） CN-0209評価ソフトウェア 電源電圧：＋15 Vと－15 V RTD温度センサー 熱電対 初めてみよう 140 CN0209評価ソフトウェア・ディスクをPCのCDドライブに挿 入して評価ソフトウェアをロードしてください。「マイコン ピュータ」を使用して、評価ソフトウェア・ディスクのドラ イブを見つけ、Readmeファイルを開いてください。Readmeフ ァイルに含まれているインストラクションに従って、評価ソ フトウェアをインストールし、使用してください。 120 機能ブロック図 200 180 160 40 回路ブロック図についてはこの回路ノートの図1を、そして回 路図についてはファイル「EVAL-CN0209-SDPZ-SCHRev0.pdf」をご覧ください。このファイルは、CN0209設計支 援パッケージwww.analog.com/CN0209-DesignSupportに含まれ ています。 20 セットアップ 100 80 60 0 –0.01699 –0.01698 –0.01697 –0.01696 –0.01695 –0.01694 –0.01693 AMPLITUDE (V) 09839-003 NUMBER OF OCCURRENCES 必要な装置 図 3.ノイズ分布ヒストグラム、1000 サンプル、AD7193 50 Hz デ ータレート、ゲイン=1、入力＝4.5 V リファレンス 回路評価とテスト この回路はEVAL-CN0209-SDPZ回路ボードとシステム・デモ 用プラットホーム（SDP） 評価ボード（EVAL-SDP-CB1Z） を使用します。2つのボードには、迅速な回路性能の設定と評 価を可能とする120ピン接続用コネクタがあります。EVALCN0209-SDPZボードは（このノートに記述されているよう に）評価対象の回路を含んでいます。そしてSDP評価ボード は回路基板（EVAL-CN0209-SDPZ）からのデータを取り込む CN0209 評価ソフトウェアと共に使用します。 回路ボード（EVAL-CN0209-SDPZ）の120ピン・コネクタを 評価（SDP）ボード（EVAL-SDP-CB1Z）の 「CON A」と表 示されたコネクタに接続してください。120ピン・コネクタの 末端にある穴を利用して2つのボードをしっかり固定するため にナイロン製ハードウェアを使用する必要があります。電源 を電源オフにして、＋15 V電源をボードの「＋15 V」と表示 されているピンに、－15V電源を「－15 V」と表示されてい るピンに接続してください。SDPボードと共に供給するUSB ケーブルを、PCのUSBポートに接続してください。注：この 時にはまだUSBケーブルをSDP基板上のミニUSBコネクタに は接続しないでください。 テスト 回路ボード（EVAL-CN0209-SDPZ）に接続した±15 V電源に 電源を供給してください。評価ソフトウェアを立ち上げ、PC からのUSBケーブルをSDP基板上のUSBミニ・コネクタに接 続してください。 Rev. 0 | Page 4 of 5 CN-0209 Circuit Note 一度USB通信が確立されれば、回路ボード（EVAL-CN0209SDPZ）からのシリアル・データの送信、受信、取り込みを行 うためにSDPボードを使用する事ができます。 電圧測定 さらに詳しくは MT-004 Tutorial : The Good, the Bad, and the Ugly Aspects of ADC Input Noise—Is No Noise Good Noise? MT-022 Tutorial : ADC Architectures III:Sigma-Delta ADC Basics 電圧測定回路のノイズを測定する場合は、J3とJ4両方の入力 をグラウンドに接続してください。 次に、ソフトウェアのマ ッチング・チャンネルのボタンをクリックしてください：V1 （チャンネル1を使用する場合）又はV2（チャンネル2を使用 する場合）。 MT-023 Tutorial : ADC Architectures IV:Sigma-Delta ADC Advanced Concepts and Applications 電圧を測定する場合は、J3とJ4両方の入力を図2のアナログ入 力設定表に示すように接続してください。次に前に説明した ようにソフトウェアのマッチング・ボタンをクリックしてく ださい。 Sensor Signal Conditioning, Analog Devices, 1999, Section 7. 結果は波形とヒストグラムとして表示されます。スイッチン グ・ボタンを使い電圧結果のスケールをµV、mV、Vのいずれ かに設定するオプションがあります。 MT-031 Tutorial : Grounding Data Converters and Solving the Mystery of “AGND” and “DGND” MT-101 Tutorial : Decoupling Techniques データシードと評価ボード ADuM1400 データシート ADuM1401 データシート AD7193 データシート／評価ボード AD8275 データシート RTD 測定 REF194 データシート RTD温度センサーを使って温度を測定する場合は入力J1、J2、 J3、J4を図2に示すように接続してください。2線式、3線式あ るいは4線式が使用されるので、接続には3つの異なる接続方 法があります。次に、ソフトウェアのマッチング・ボタンを クリックしてください（チャンネル1はRTD1、チャンネル2は RTD2）。 波形の上のスイッチング・ボタンを利用する事により結果を 華氏、摂氏又はケルビンのいずれかの単位で表示できます。 AD8676 データシート AD8617 データシート ADG442 データシート ADG1414 データシート ADT7310 データシート 改訂履歴 熱電対測定 熱電対を使って温度を測定する場合は入力J1、J2、J3、J4を図 2に示すように接続してください。使用している熱電対のタイ プを選択してください（B、E、J、K、R、S、T、N）。次に、 ソフトウェアのTCボタンをクリックしてください（チャンネ ル1はTC1、チャンネル2はTC2）。 11/11—Rev. 0 to Rev. A Changes to Figure 2 ............................................................................ 3 4/11—Revision 0:初版 波形の上のスイッチング・ボタンを利用する事により結果を 華氏、摂氏又はケルビンのいずれかの単位で表示できます。 電流測定 電流を測定する場合は、J5とJ6両方の入力を図2に示すように 接続してください。次に、マッチング・ボタンをクリックし てください（チャンネル1はI1、 チャンネル2はI2）。 スイッチング・ボタンを使って電流結果のスケールをµA、 mA、Aのいずれかに設定する事ができます。 SDP ボードに関する情報は SDP ユーザー・ガイド（英語）に 載っています。 「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。 ©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 商標および登録商標は、それぞれの所有者の財産です。 CN09839-0-11/11(A) Rev. 0 | Page 5 of 5