日本語参考資料 最新版英語データシートはこちら QSOP採用、12.0 mW、16ビット、1 MSPSの デュアル差動PulSAR ADC AD7903 データシート 特長 概要 ノーミス・コードの 16 ビット分解能 スループット: 1 MSPS 低消費電力 1 MSPS で 7.0 mW (VDD1 と VDD2 の場合) 1 MSPS で 12.0 mW (総合) 10 kSPS で 140 µW INL: ±0.5 LSB (typ)、±2.0 LSB (最大) SINAD: 1 kHz で 93.5 dB THD: 1 kHz で−112 dB 真の差動アナログ入力範囲: ±VREF VREF = 2.4 V~5.1 V で 0 V~VREF 任意の入力範囲使用が可能 ADA4941-1 の使用による容易な駆動 パイプライン遅延なし 1.8 V/2.5 V/3 V/5 V ロジック・インターフェースによる単電源 2.5 V 動作 シリアル・ポート・インターフェース: (SPI)/QSPI/ MICROWIRE/DSP 互換 20 ピン QSOP パッケージを採用 広い動作温度範囲: −40°C~+125°C AD7903 は 16 ビットの逐次比較型デュアル A/D コンバータ (ADC)で、各 ADC は個別の単電源(VDDx)で動作します。この デバイスは、2 個の低消費電力高速 16 ビット・サンプリング ADC と多機能シリアル・インターフェース・ポート(SPI)を内蔵 しています。AD7903 は、CNVx の立上がりエッジで INx+ピン と INx− ピンの間の電位差をサンプルします。これらのピンの電 圧は、0 V~VREF で逆相に振れます。REFx ピン (VREF)の外付け リファレンス電圧は、各電源電圧ピン VDDx から独立して設定す ることができます。デバイスの消費電力はスループットに比例 します。 SDIx 入力を使用する SPI 互換シリアル・インターフェースを使 うと、1 本の 3 線式バス上にある複数の ADC をデイジーチェー ン接続することができ、オプションとしてビジー表示を行うこ ともできます。個別電源 VIOx を使うと、1.8 V、2.5 V、3 V、 または 5 V ロジックとインターフェースすることができます。 AD7903 は 20 ピン QSOP パッケージを採用し、動作は−40°C~ +125℃で規定されています。 表 1.MSOP 14/16/18 ビット PulSAR® ADC Bits アプリケーション 18 バッテリ駆動の装置 通信 自動テスト装置(ATE) データ・アクイジション 医療計測機器 計測機器の二重化 同時サンプリング 16 14 1 400 kSPS to 500 kSPS 1000 kSPS ADC Driver AD76911 AD76901 AD79821 AD76851 AD76871 AD7694 AD79421 AD76861 AD76881 AD76931 AD79461 AD79801 AD7903 AD7902 ADA4941-1 ADA4841-x ADA4941-1 ADA4841-x 100 kSPS 250 kSPS AD7680 AD7683 AD7684 AD7940 ピン互換。 機能ブロック図 REF = 2.5V TO 5V 2.5V REF IN1+ ADC1 ±10V, ±5V, ... IN1– ADA4941-1 REF IN2+ ADC2 ±10V, ±5V, ... IN2– GND VDD1 VDD2 VIO1 VIO1/VIO2 SDI1 SDI1/SDI2 SCK1 SCK1/SCK2 CNV1 CNV1/CNV2 SDO1 SDO1 VIO2 SDI2 SCK2 CNV2 SDO2 3-WIRE OR 4-WIRE INTERFACE (SPI, CS, AND CHAIN MODES) SDO2 AD7903 11755-001 REF1 REF2 ADA4941-1 図 1. 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。※日本語版資料は 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。 Rev. A ©2013–2014 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 AD7903 データシート 目次 特長 ......................................................................................................1 アナログ入力 ............................................................................... 15 アプリケーション ..............................................................................1 ドライバ・アンプの選択 ........................................................... 16 概要 ......................................................................................................1 シングル/差動ドライバ .............................................................. 16 機能ブロック図 ..................................................................................1 リファレンス電圧入力 ............................................................... 17 改訂履歴 ..............................................................................................2 電源............................................................................................... 17 仕様 ......................................................................................................3 デジタル・インターフェース ................................................... 17 タイミング仕様 ..............................................................................5 CS モード .................................................................................... 18 絶対最大定格 ......................................................................................6 チェーン・モード ....................................................................... 22 ESD の注意 .....................................................................................6 アプリケーション情報 ................................................................... 24 ピン配置およびピン機能説明 ..........................................................7 同時サンプリング ....................................................................... 24 代表的な性能特性 ..............................................................................8 機能安全について ....................................................................... 25 用語 ....................................................................................................13 レイアウト ....................................................................................... 26 動作原理 ............................................................................................14 AD7903 の性能評価..................................................................... 26 回路説明........................................................................................14 外形寸法 ........................................................................................... 27 コンバータの動作 ........................................................................14 オーダー・ガイド ....................................................................... 27 代表的な接続図 ............................................................................15 改訂履歴 1/14—Rev. 0 to Rev. A Change to Gain Error Temperature Drift Parameter ............................. 3 Changes to Figure 12 ............................................................................ 9 Changes to Figure 17 and Figure 20 ................................................... 10 Changes to Figure 28 .......................................................................... 11 12/13—Revision 0: Initial Version Rev. A - 2/27 - AD7903 データシート 仕様 特に指定がない限り、VDD = 2.5 V、VIO = 2.3 V~5.5 V、VREF = 5 V、TA = −40°C to +125°C。 1 表 2. Parameter RESOLUTION ANALOG INPUT Voltage Range Absolute Input Voltage Common-Mode Input Range Analog Input CMRR Leakage Current at 25°C Input Impedance ACCURACY No Missing Codes Differential Nonlinearity Error Integral Nonlinearity Error Transition Noise Gain Error 3 Gain Error Temperature Drift Gain Error Match3 Offset Error3 Offset Temperature Drift Offset Error Match3 Power Supply Sensitivity THROUGHPUT Conversion Rate Transient Response AC ACCURACY Dynamic Range Oversampled Dynamic Range Signal-to-Noise Ratio (SNR) Spurious-Free Dynamic Range (SFDR) Total Harmonic Distortion (THD) Signal-to-(Noise + Distortion) (SINAD) Channel-to-Channel Isolation Test Conditions/Comments Min 16 Typ INx+ − INx− INx+, INx− INx+, INx− fIN = 450 kHz Acquisition phase −VREF −0.1 VREF × 0.475 Max Unit Bits +VREF VREF + 0.1 VREF × 0.525 V V V dB nA VREF × 0.5 67 200 See the Analog Inputs section 16 −1.0 VREF = 5 V VREF = 2.5 V VREF = 5 V VREF = 2.5 V VREF = 5 V VREF = 2.5 V TMIN to TMAX −0.04 TMIN to TMAX TMIN to TMAX −0.5 −2.0 TMIN to TMAX VDD = 2.5 V ± 5% VIO ≥ 2.3 V up to 85°C, VIO ≥ 3.3 V above 85°C, up to 125°C Full-scale step VREF = 5 V VREF = 2.5 V fOUT = 10 kSPS fIN = 1 kHz, VREF = 5 V fIN = 1 kHz, VREF = 2.5 V fIN = 1 kHz fIN = 1 kHz fIN = 1 kHz, VREF = 5 V fIN = 1 kHz, VREF = 2.5 V fIN = 10 kHz ±0.4 ±0.7 ±0.5 ±0.4 0.75 1.2 ±0.006 0.19 0.0 ±0.015 0.3 0.05 ±0.1 0 92 89 91.5 88.5 95.5 92.5 113.5 94 91 −115 −112 93.5 90.5 −120 +1.0 +2.0 +0.04 0.025 +0.5 1.0 Bits LSB 2 LSB2 LSB2 LSB2 LSB2 LSB2 % FS ppm/°C % FS mV ppm/°C mV LSB2 1 MSPS 290 ns dB 4 dB4 dB4 dB4 dB4 dB4 dB4 dB4 dB4 dB4 1 このデータシートでは、VDDx、VIOx、REFx の各ピンの電圧をそれぞれ VDD、VIO、VREF で表します。 2 入力範囲が 5 V の場合、1LSB = 152.6 µV。 入力範囲が 2.5 V の場合、1LSB = 76.3 µV。 3 用語のセクションを参照してください。これらの仕様にはすべての温度範囲の変動が含まれますが、外付けリファレンス電圧の変動による影響は含まれません。 4 dB 表示のすべての仕様はフルスケール入力 FSR を基準とします。 デシベル値で表すすべての仕様はフルスケール入力 FSR を基準とし、特に指定がない限り、フルス ケールより 0.5 dB 低い入力信号を使ってテスト。 Rev. A - 3/27 - AD7903 データシート 特に指定がない限り、VDD = 2.5 V、VIO = 2.3 V~5.5 V、TA = −40°C to +125°C。 1 表 3. Parameter Test Conditions/Comments REFERENCE Voltage Range Load Current 1 MSPS, VREF = 5 V, each ADC SAMPLING DYNAMICS −3 dB Input Bandwidth Aperture Delay Aperture Delay Match VDD = 2.5 V VDD = 2.5 V DIGITAL INPUTS Logic Levels VIL VIH Min VOL VOH POWER SUPPLIES VDDx VIOx VIOx Range IVDDx IVIOx Standby Current 2, 3 Power Dissipation 5.1 330 V µA 10 2.0 2.0 MHz ns ns +0.3 × VIO +0.1 × VVIO VIO + 0.3 VIO + 0.3 +1 +1 V V V V µA µA 0 Bits Samples Twos complement No delay; conversion results available immediately after conversion is complete ISINK = +500 µA ISOURCE = −500 µA 0.4 V V 2.625 5.5 5.5 1.6 0.45 V V V mA mA nA µW mW mW mW mW nJ/sample VIO − 0.3 2.375 2.3 1.8 Specified performance Full Range Each ADC Each ADC VDD and VIO = 2.5 V, 25°C 10 kSPS throughput 1 MSPS throughput 2.5 1.4 0.2 0.35 140 12.0 7.0 3.3 1.7 7.0 −40 TMIN to TMAX 1 このデータシートでは、VDDx、VIOx、REFx の各ピンの電圧をそれぞれ VDD、VIO、VREF で表します。 2 すべてのデジタル入力を必要に応じて VIOx またはグランドに接続。 3 アクイジション・フェーズ時。 4 拡張温度範囲については最寄りのアナログ・デバイセズ代理店にお尋ねください。 Rev. A Unit −0.3 −0.3 0.7 × VIO 0.9 × VIO −1 −1 VIO > 3 V VIO ≤ 3 V VIO > 3 V VIO ≤ 3 V VDD Only REF Only VIO Only Energy per Conversion TEMPERATURE RANGE 4 Specified Performance Max 2.4 IIL IIH DIGITAL OUTPUTS Data Format Pipeline Delay Typ - 4/27 - 16 +125 °C AD7903 データシート タイミング仕様 特に指定がない限り、−40°C~+125°C、VDD = 2.37 V~2.63 V、VIO = 2.3 V~5.5 V。負荷条件については図 2 と図 3 を参照してください。 表 4. Parameter Conversion Time (CNVx Rising Edge to Data Available) Acquisition Time Time Between Conversions VIOx Above 2.3 V CNVx Pulse Width (CS Mode) Symbol tCONV tACQ tCYC SCKx Period (CS Mode) tSCK tCNVH VIOx Above 4.5 V VIOx Above 3 V VIOx Above 2.7 V VIOx Above 2.3 V SCKx Period (Chain mode) VIOx Above 4.5 V VIOx Above 3 V VIOx Above 2.7 V VIOx Above 2.3 V SCKx Low Time SCKx High Time SCKx Falling Edge to Data Remains Valid SCKx Falling Edge to Data Valid Delay VIOx Above 4.5 V VIOx Above 3 V VIOx Above 2.7 V VIOx Above 2.3 V CNVx or SDIx Low to SDOx, D15 (MSB) Valid (CS Mode) Min 500 290 Typ Max 710 Unit ns ns 1000 10 ns ns 10.5 12 13 15 ns ns ns ns 11.5 13 14 16 4.5 4.5 3 ns ns ns ns ns ns ns tSCK tSCKL tSCKH tHSDO tDSDO 9.5 11 12 14 ns ns ns ns 10 15 20 ns ns ns tEN VIOx Above 3 V VIOx Above 2.3 V CNVx or SDIx High or Last SCKx Falling Edge to SDOx High Impedance (CS Mode) tDIS SDIx Valid Setup Time from CNVx Rising Edge (CS Mode) tSSDICNV 5 ns SDIx Valid Hold Time from CNVx Rising Edge (CS Mode) tHSDICNV 2 ns SCKx Valid Setup Time from CNVx Rising Edge (Chain Mode) SCKx Valid Hold Time from CNVx Rising Edge (Chain Mode) SDIx Valid Setup Time from SCKx Falling Edge (Chain Mode) SDIx Valid Hold Time from SCKx Falling Edge (Chain Mode) SDIx High to SDOx High (Chain Mode with Busy Indicator) tSSCKCNV tHSCKCNV tSSDISCK tHSDISCK tDSDOSDI 5 5 2 3 ns ns ns ns ns Y% VIOx1 IOL X% VIOx1 tDELAY 1.4V TO SDOx CL 20pF IOH VIOx ≤ 3.0V, X = 90 AND Y = 10; FOR VIOx > 3.0V, X = 70 AND Y = 30. VIH AND MAXIMUM VIL USED. SEE SPECIFICATIONS FOR DIGITAL INPUTS PARAMETER IN TABLE 3. 2 MINIMUM 図 3.タイミング測定の電圧レベル 図 2.デジタル・インターフェース・タイミングの負荷回路 Rev. A VIH2 VIL2 1 FOR 11755-002 500µA tDELAY VIH2 VIL2 - 5/27 - 11755-003 500µA 15 AD7903 データシート 絶対最大定格 表 5. Parameter Analog Inputs INx+, INx− to GND1 Supply Voltage REFx, VIOx to GND VDDx to GND VDDx to VIOx Digital Inputs to GND Digital Outputs to GND Storage Temperature Range Junction Temperature Lead Temperatures Vapor Phase (60 sec) Infrared (15 sec) 1 Rating −0.3 V to VREF + 0.3 V or ±10 mA −0.3 V to +6.0 V −0.3 V to +3.0 V +3 V to −6 V −0.3 V to VIO + 0.3 V −0.3 V to VIO + 0.3 V −65°C to +150°C 150°C 上記の絶対最大定格を超えるストレスを加えるとデバイスに恒 久的な損傷を与えることがあります。この規定はストレス定格 の規定のみを目的とするものであり、この仕様の動作のセクシ ョンに記載する規定値以上でのデバイス動作を定めたものでは ありません。デバイスを長時間絶対最大定格状態に置くとデバ イスの信頼性に影響を与えます。 ESD の注意 ESD(静電放電)の影響を受けやすいデバイスで す。電荷を帯びたデバイスや回路ボードは、検知さ れないまま放電することがあります。本製品は当社 独自の特許技術である ESD 保護回路を内蔵してはい ますが、デバイスが高エネルギーの静電放電を被っ た場合、損傷を生じる可能性があります。したがっ て、性能劣化や機能低下を防止するため、ESD に対 する適切な予防措置を講じることをお勧めします。 255°C 260°C INx+と INx−についてはアナログ入力のセクションを参照してください。 Rev. A - 6/27 - AD7903 データシート ピン配置およびピン機能説明 REF1 1 20 VIO1 VDD1 2 19 SDI1 IN1+ 3 GND 5 AD7903 TOP VIEW (Not to Scale) 17 SDO1 16 CNV1 REF2 6 15 VIO2 VDD2 7 14 SDI2 IN2+ 8 13 SCK2 IN2– 9 12 SDO2 GND 10 11 CNV2 11755-004 IN1– 4 18 SCK1 図 4.ピン配置 表 6.ピン機能の説明 1 ピン番号 記号 タイプ 1, 6 REF1, REF2 AI リファレンス電圧入力。REFx 範囲は 2.4 V~5.1 V。これらのピンは GND ピンを基準とするため、10 µF のコンデンサで GND ピンの近くにデカップリングする必要があります。 2, 7 P 電源. 3, 8 VDD1, VDD2 IN1+, IN2+ AI 差動正アナログ入力。 4, 9 IN1−, IN2− AI 差動負アナログ入力。 5, 10 GND P 電源グラウンド。 11, 16 CNV2, CNV1 DI 変換入力。これらの入力は、複数の機能を持っています。前縁エッジで変換を開始し、デバイスのインタ ーフェース・モード(チェーン・モード、またはアクティブ・ローの CS モード)を選択します。CS モード では、CNVx ピンがロー・レベルのとき SDOx ピンがイネーブルされます。チェーン・モードでは、CNVx がハイ・レベルのときにデータを読出す必要があります。 12, 17 SDO2, SDO1 DO シリアル・データ出力。変換結果がこれらのピンに出力されます。変換結果は SCKx に同期化されます。 13, 18 SCK2, SCK1 DI シリアル・データ・クロック入力。デバイスが選択されたとき、変換結果がこれらのクロックでシフトア ウトされます。 14, 19 SDI2, SDI1 DI シリアル・データ入力。これらの入力は、複数の機能を持っています。ADC のインターフェース・モード を選択し、CNVx の立上がりエッジで SDIx がハイ・レベルのとき、CSモードが選択されます。このモー ドでは、SDIx または CNVx がロー・レベルのとき、シリアル出力信号をイネーブルすることができま す。変換が完了したとき SDIx または CNVx がロー・レベルの場合、ビジー・インジケータ機能がイネー ブルされます。 15, 20 VIO2, VIO1 P 入出力インターフェースのデジタル電源。公称は、ホスト・インターフェース電源(2.5 V または 3.3 V)と 同じ電位。 1 説明 AI =アナログ入力、DI =デジタル入力、DO =デジタル出力、P =電源。 Rev. A - 7/27 - AD7903 データシート 代表的な性能特性 特に指定がない限り、VDD = 2.5 V、VREF = 5.0 V、VIO = 3.3 V、TA = 25°C、fSAMPLE = 1 MSPS。 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 DNL (LSB) 0.6 0 –0.2 0 –0.2 –0.4 –0.4 –0.6 –0.6 –0.8 –0.8 32768 49152 65536 –1.0 CODE 0 16384 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 1.0 DNL (LSB) INL (LSB) 0.8 0 –0.2 0 –0.4 –0.6 –0.6 –0.8 –0.8 49152 –1.0 11755-406 –1.0 65536 CODE POSITIVE DNL: +0.39 LSB NEGATIVE DNL: –0.39 LSB –0.2 –0.4 32768 16384 0 65536 0 fSAMPLE = 1MSPS fIN = 10kHz –20 fSAMPLE = 1MSPS fIN = 10kHz SNR = 91.96dB THD = –110.2dB SFDR = 114.5dB SINAD = 91.91dB –20 SNR = 95.04dB THD = –117.3dB SFDR = 114.6dB SINAD = 95.02dB –40 –40 –60 SNR (dB) –60 –80 –100 –80 –100 –120 –120 –140 –140 –160 –160 0 100 200 300 400 FREQUENCY (kHz) 500 –180 11755-407 SNR (dB) 49152 図 9.コード対微分非直線性、VREF = 2.5 V 0 0 100 200 300 400 FREQUENCY (kHz) 図 7.FFT プロット、VREF = 5 V Rev. A 32768 CODE 図 6.コード対積分非直線性、VREF = 2.5 V –180 65536 図 8.コード対微分非直線性、VREF = 5 V 1.0 POSITIVE INL: +0.39 LSB 0.8 NEGATIVE INL: –0.44 LSB 16384 49152 CODE 図 5.コード対積分非直線性、VREF = 5 V 0 32768 11755-408 16384 11755-405 –1.0 0 POSITIVE DNL: +0.31 LSB NEGATIVE DNL: –0.38 LSB 0.8 11755-409 0.8 INL (LSB) 1.0 POSITIVE INL: +0.35 LSB NEGATIVE INL: –0.39 LSB 図 10.FFT プロット、VREF = 2.5 V - 8/27 - 500 11755-410 1.0 AD7903 45000 45000 40000 40000 35000 35000 NUMBER OF OCCURRENCES 30000 25000 20000 15000 10000 5000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 FFE1 FFE2 FFE3 FFE4 FFE5 FFE6 FFE7 FFE8 FFE9 FFEA CODES IN HEX 0 11755-411 0 FFF1 FFF2 FFF3 FFF4 FFF5 FFF6 FFF7 FFF8 FFF9 FFFA FFFB CODES IN HEX 図 11.コード中心での DC 入力のヒストグラム、VREF = 5 V 11755-414 NUMBER OF OCCURRENCES データシート 図 14.コード中心での DC 入力のヒストグラム、VREF = 2.5 V 40000 98 35000 96 25000 SNR (dB) 20000 95 15000 94 10000 FFD2 FFD3 FFD4 FFD5 FFD6 FFD7 FFD8 FFD9 FFDA FFDB CODES IN HEX 92 11755-412 0 –10 –9 –5 –4 –3 –2 –1 –95 115 –100 110 15.0 90 14.0 88 13.5 THD (dB) 92 ENOB (Bits) 14.5 –105 105 –110 100 –115 86 95 THD 13.0 84 –120 12.5 80 12.0 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.25 REFERENCE VOLTAGE (V) –125 2.25 11755-413 82 SFDR (dB) SFDR 94 90 2.75 3.25 3.75 4.25 4.75 REFERENCE VOLTAGE (V) 図 13.リファレンス電圧対 SNR、SINAD、ENOB Rev. A 0 15.5 96 SNR, SINAD (dB) –6 図 15.入力レベル対 SNR 16.0 SNR SINAD ENOB 98 –7 INPUT LEVEL (dB) 図 12.コード変化での DC 入力のヒストグラム、VREF = 5 V 100 –8 11755-415 93 5000 図 16.リファレンス電圧対 THD、SFDR - 9/27 - 85 5.25 11755-416 NUMBER OF OCCURRENCES 97 30000 AD7903 データシート –80 96 95 –85 94 –90 93 –95 THD (dB) SINAD (dB) 92 91 90 –100 –105 89 88 –110 87 –120 10 11755-417 85 10 100 INPUT FREQUENCY (kHz) 11755-420 –115 86 100 INPUT FREQUENCY (kHz) 図 17.入力周波数対 SINAD 図 20.入力周波数対 THD 94.8 –100 94.6 –105 THD (dB) SNR (dB) 94.4 94.2 94.0 –110 –115 93.8 –120 –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 TEMPERATURE (°C) –125 –55 11755-418 93.4 –55 –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 TEMPERATURE (°C) 図 18.SNR の温度特性 11755-421 93.6 図 21.THD の温度特性 1.6 1.4 TA = 25°C IVDD 1.4 1.2 1.2 CURRENT (mA) CURRENT (mA) 1.0 0.8 0.6 IREF 0.4 1.0 0.8 IVDD 0.6 0.4 IVIO 2.425 2.475 2.525 VDD VOLTAGE (V) 2.575 2.625 0 10 11755-050 0 2.375 0.2 100 1000 SAMPLE RATE (kSPS) 図 19.VDD 電源電圧対各 ADC の動作電流 Rev. A IVIO 図 22.サンプル・レート Cr 対各 ADC の動作電流 - 10/27 - 11755-422 0.2 AD7903 データシート 8 1.4 IVDD 7 1.2 6 CURRENT (µA) CURRENT (mA) 1.0 0.8 0.6 IREF 0.4 5 4 3 IVDD + IVIO 2 IVIO 0.2 –15 5 25 45 65 TEMPERATURE (°C) 85 105 125 0 –55 0.10 0.10 0.08 0.08 0.06 0.06 0.04 0.02 0 –0.02 –0.04 –0.06 –0.08 85 105 125 0.04 0.02 0 –0.02 –0.04 –0.06 –15 5 25 45 65 85 105 125 –0.10 –55 –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 TEMPERATURE (°C) 図 24.オフセット誤差の温度特性 11755-427 –35 TEMPERATURE (°C) 図 27.オフセット誤差マッチの温度特性 0.05 0.010 GAIN ERROR MATCH (% FS) 0.03 GAIN ERROR (% FS) 5 25 45 65 TEMPERATURE (°C) –0.08 11755-424 –0.10 –55 –15 図 26.各 ADC のパワーダウン電流温度特性 OFFSET ERROR MATCH (mV) OFFSET ERROR (mV) 図 23.各 ADC の動作電流温度特性 –35 11755-054 –35 11755-053 0 –55 1 0.01 –0.01 0.005 0 –0.005 –35 –15 5 25 45 65 85 TEMPERATURE (°C) 105 125 –0.010 –55 11755-425 –0.05 –55 –15 5 25 45 65 85 TEMPERATURE (°C) 図 28.ゲイン誤差マッチの温度特性 図 25.ゲイン誤差の温度特性 Rev. A –35 - 11/27 - 105 125 11755-428 –0.03 AD7903 データシート –112 –114 –115 –116 –117 –118 –119 –120 –121 –55 –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 TEMPERATURE (°C) –116 –118 –120 –122 –124 10 100 INPUT FREQUENCY (MHz) 図 29.チャンネル間アイソレーションの温度特性 Rev. A –114 図 30.チャンネル間アイソレーションの周波数特性 - 12/27 - 11755-430 CHANNEL-TO-CHANNEL ISOLATION (dB) fIN = 10kHz –113 fSAMPLE = 1MSPS 11755-429 CHANNEL-TO-CHANNEL ISOLATION (dB) –112 AD7903 データシート 用語 積分非直線性誤差(INL) INL は、負側のフルスケールと正側のフルスケールを結ぶ直線 と実際のコード出力との誤差として定義されます。負側フルス ケールとして使用されるポイントは、最初のコード遷移より 1/2 LSB だけ下に存在します。正フルスケールは、最後のコード遷 移より 1+1/2 LSB だけ上のレベルと定義されます。許容誤差は 各コードの中央と直線との間の距離として測定されます。 微分非直線性誤差(DNL) 理論 ADC では、各コード遷移は 1 LSB だけ離れた位置で発生し ます。DNL は、この理論値からの最大許容誤差を意味します。 微分非直線性は、ノーミス・コードが保証される分解能として 規定されることがあります。 オフセット誤差 オフセット誤差は、理論ミッドスケール電圧値(0 V)とミッドス ケール値出力コード(0 LSB)を発生する実際の電圧との差を意味 します。 スプリアス・フリー・ダイナミックレンジ(SFDR) SFDR は入力信号の rms 振幅値とピーク・スプリアス信号との 差を意味し、dB 値で表します。 実効ビット数(ENOB) ENOB は、正弦波を入力したときの分解能を表します。次式に より、SINAD と関係します。 ENOB = (SINADdB − 1.76)/6.02 ENOB はビット数で表されます。 ノイズ・フリー・コード分解能(NFCR) 超えると、個々のコードが区別できなくなるビット数。次のよ うに計算されます。 ノイズ・フリー・コード分解能= log2(2N/ピーク to ピーク・ ノイズ) ノイズフリー・コード分解能はビット数で表されます。 オフセット誤差マッチ これは、多チャンネル・コンバータのチャンネル間のオフセッ ト差をミリボルトで表したものです。これは次式で計算されま す。 実効分解能 次のように計算されます。 オフセット・マッチング = VOFFSETMAX − VOFFSETMIN 実効分解能はビット数で表されます。 ここで、 VOFFSETMAX は正の最大オフセット誤差。 VOFFSETMIN は負の最大オフセット誤差。 全高調波歪み(THD) THD は、基本波から 5 次高調波成分までの rms 値の総和の、フ ルスケール入力信号の rms 値に対する比を意味し、デシベル値 (dB)で表します。 実効分解能= log2(2N/RMS 入力ノイズ) オフセット・マッチングは製品データシートで規定されるフル スケール入力範囲に対してミリボルトで表されます。 ゲイン誤差 最初の変化(100 … 00→100 … 01)は公称負フルスケール(±5 V レ ンジの場合は-4.999981 V)より 0.5 LSB 上のレベルで発生する必 要があります。最後の変化(011 … 10→011 … 11)は、公称フルス ケール(±5 V レンジの場合は 4.999943 V)より 1.5 LSB 低いアナ ログ電圧で発生します。ゲイン誤差は、最後の変化の実際のレ ベルと最初の変化の実際のレベルとの差と、対応する両理論レ ベル間の差との間の違いを表します。 ゲイン誤差のマッチング これは、多チャンネル ADC で最小フルスケールに対する最大フ ルスケールの比を表します。次式によりフルスケールのパーセ ント値で表示します。 FSR − FSR MIN MAX Gain Matching = FSRMAX + FSRMIN 2 ここで、 FSRMAX は ADC の正の最大ゲイン誤差。 FSRMIN は負の最大ゲイン誤差。 Rev. A × 100% ダイナミックレンジ 入力を短絡して測定した合計 rms ノイズに対するフルスケール の rms 値の比を表します。ダイナミックレンジの値は dB で表さ れます。すべてのノイズ・ソースと DNL 効果を含むように−60 dBFS の信号を使って測定します。 信号対ノイズ比(SNR) SNR は、実際の入力信号 rms 値の、ナイキスト周波数より下の 全スペクトル成分の rms 値総和から高調波成分と DC 成分を除 いた分に対する比です。SNR は、デシベル値(dB)で表されます。 信号対(ノイズ + 歪)比(SINAD) SINAD は、実際の入力信号 rms 値の、ナイキスト周波数より下 の全スペクトル成分の rms 値総和(DC 以外の高調波を含む)に対 する比です。SINAD は、デシベル値(dB)で表されます。 アパーチャ遅延 アパーチャ遅延は、アクイジション性能を表します。CNVx 入 力の立上がりエッジから入力信号が変換用に保持されまでの時 間を表します。 過渡応答 フルスケールのステップ関数が入力された後に ADC が正確に入 力を取得するまでに要する時間を表します。 - 13/27 - AD7903 データシート 動作原理 INx+ MSB LSB 32,768C 16,384C 4C 2C C SWITCHES CONTROL SWx+ C BUSY REFx CONTROL LOGIC COMP GND 32,768C 16,384C 4C 2C C OUTPUT CODE C LSB MSB SWx– 11755-011 CNVx INx– 図 31.ADC の簡略化した回路図 回路説明 ーズに戻り、コントロール・ロジックが ADC 出力コードとビ ジー表示を発生します。 AD7903 は逐次比較型アーキテクチャを採用した高速高精度 低消費電力 16 ビットのデュアル A/D コンバータ(ADC)です。 AD7903 は変換クロックを内蔵しているため、変換プロセス のためのシリアル・クロック、SCKx は不要です。 AD7903 は毎秒 1,000,000 サンプル(1 MSPS)の同時変換が可能 で、変換と変換の間にパワーダウンします。例えば、10 kSPS 動 作時の消費電力が ADC あたり 70 µW であるため、バッテリ駆 動のアプリケーションに最適です。 AD7903 の理論伝達特性を図 32 と表 7 に示します。 ADC CODE (TWOS COMPLEMENT) 伝達関数 AD7903はトラック・アンド・ホールドを内蔵し、パイプライ ン遅延またはレイテンシがないため、マルチプレクスされた複 数チャンネルのアプリケーションに最適です。 AD7903 は、1.8 V~5 V のデジタル・ロジック・ファミリーに インターフェースすることができます。このデバイスは、柔軟 構成を可能にする 20 ピン QSOPなパッケージを採用しています。 このデバイスは、疑似差動 16 ビット AD7902 とピン・コンパチ ブルです。 011...111 011...110 011...101 100...010 100...000 –FSR AD7903 は、電荷再分配型 DAC を採用した逐次比較型デュアル ADC です。図 31 に、ADC の簡単化した回路図を示します。容 量を使用するこの DAC は、2 進数の重みを持った 16 個コンデ ンサで構成される 2 個の同じアレイで構成されており、各アレ イは 2 個のコンパレータ入力に接続されています。 各 ADC のアクイジション・フェーズでは、コンパレータ入力 に接続されたアレイのピンは、SWx+と SWx-を経由して GND に接続されます。独立なすべてのスイッチはアナログ入力に接 続されます。したがって、コンデンサ・アレイはサンプリン グ・コンデンサとして使用されて、INx+入力と INx-入力上のア ナログ信号が取り込まれます。アクイジション・フェーズが終 わり、CNVx 入力がハイ・レベルになると、変換フェーズが開 始されます。変換フェーズが開始されると、先ず SWx+と SWxが開きます。2 個のコンデンサ・アレイは入力から切り離され て、GND 入力に接続されます。そのため、アクイジション・フ ェーズの終わりに取り込まれた、入力 INx+と INx-の間の差動電 圧がコンパレータ入力に接続されて、コンパレータは平衡しな くなります。コンデンサ・アレイの各エレメントを GND と REFx の間でスイッチングすることにより、コンパレータ入力 を 2 進数重みの電圧ステップ(VREF/2、VREF/4 ... VREF/65,536)で変 えます。コントロール・ロジックがこれらのスイッチをトグル して(MSB から開始)、コンパレータが再度平衡するようにしま す。この処理が終了すると、デバイスはアクイジション・フェ Rev. A –FSR + 1 LSB –FSR + 0.5 LSB +FSR – 1 LSB +FSR – 1.5 LSB ANALOG INPUT 11755-112 100...001 コンバータの動作 図 32.ADC の理論伝達関数 表 7.出力コードと理論入力電圧 Description Analog Input, VREF = 5 V Digital Output Code (Hex) FSR − 1 LSB Midscale + 1 LSB Midscale Midscale − 1 LSB −FSR + 1 LSB −FSR +4.999962 V +38.15 µV 0V −38.15 µV −4.999962 V −5 V 0x7FFF1 0x0001 0x0000 0xFFFF 0x8001 0x80002 1 これは、アナログ入力範囲より上(VREF - VGND より上の VIN+ - VIN-)に対するコー ドでもあります。 2 これは、アナログ入力範囲より下(VGND より下の VIN+ - VIN-)に対するコード でもあります。 - 14/27 - AD7903 データシート 90 代表的な接続図 図 35 に、複数の電源が使用可能な場合の AD7903 の推奨接続 85 図例を示します。 80 CMRR (dB) アナログ入力 図 33 に、AD7903 の入力構造の等価回路を示します。 ダイオード D1 と D2 は、アナログ入力 INx+と INx-に対する ESD 保護用です。アナログ入力信号は、リファレンス入力電圧 (VREF)より 0.3 V 以上高くならないよう注意する必要があります。 アナログ入力信号がこのレベルを超えると、これらのダイオー ドが順方向にバイアスされて、電流が流れるようになります。 これらのダイオードは、最大 130 mA の順方向バイアス電流を 処理することができます。ただし、入力バッファの電源 (例え ば、図 35 の ADA4841-1 の電源)が VREF の電源と異なる場合には、 アナログ入力信号が電源レールを 0.3 V 以上超えることができ ます。このような場合(例えば入力バッファが短絡)、電流制限 機能を使ってデバイスを保護することができます。 70 60 1k D2 11755-114 CPIN 10M スイッチが閉じているサンプリング・フェーズでは、入力イン ピーダンスは CPIN に制限されます。RIN と CIN により、1 極ロー パス・フィルタが構成されるため、不要な折り返し効果が削減 され、ノイズが制限されます。 図 33.アナログ入力の等価回路 このアナログ入力構造を使うと、INx+と INx−の間の差動信号の サンプリングが可能になります。この差動入力の採用により、 許容同相モード入力範囲内で両入力に共存する信号が除去され ます。 V+ 1M アクイジション・フェーズでは、アナログ入力(INx+または INx-)のインピーダンスは、コンデンサ CPIN と、RIN および CIN の 直列接続の回路との並列組み合わせとしてモデル化することが できます。CPIN は主にピン容量です。RIN は 400 Ω (typ)であり、 直列抵抗とスイッチのオン抵抗から構成される集中定数です。 CIN は 30 pF(typ)であり、主に ADC サンプリング・コンデンサ から構成されています。 INx+ OR INx– GND 100k FREQUENCY (Hz) 図 34.アナログ入力 CMRR の周波数特性 CIN RIN 10k 駆動回路のソース・インピーダンスが小さい場合は、AD7903 を直接駆動することができます。ソース・インピーダンスが大 きい場合には、AC 性能、特に THD が大きい影響を受けます。 DC 性能は、入力インピーダンスからあまり影響を受けません。 最大ソース・インピーダンスは、許容可能な THD の大きさに依 存します。THD は、ソース・インピーダンスと最大入力周波数 の関数として性能低下します。 REF1 2.5V 100nF 10µF2 V+ 1.8V TO 5V 100nF 20Ω 0V TO VREF REFx 2.7nF VDDx VIOx SDIx INx+ V– 4 SCKx AD7903 ADCx V+ INx– 20Ω VREF TO 0V ADA4841-1 3 GND SDOx 3-WIRE INTERFACE CNVx 2.7nF V– 4 1 SEE THE VOLTAGE REFERENCE INPUT SECTION FOR REFERENCE SELECTION. IS USUALLY A 10µF CERAMIC CAPACITOR (X5R). SEE RECOMMENDED LAYOUT IN FIGURE 54. 3 SEE THE DRIVER AMPLIFIER CHOICE SECTION. 4 OPTIONAL FILTER. SEE THE ANALOG INPUTS SECTION. 図 35.複数の電源を使用する代表的なアプリケーション図 - 15/27 - 11755-013 2C REF Rev. A 11755-040 65 REFx D1 75 AD7903 データシート ドライバ・アンプの選択 表 8.推奨ドライバ・アンプ AD7903 の駆動は簡単ですが、ドライバ・アンプは次の条件 Amplifier ADA4941-1 ADA4841-x AD8021 AD8022 OP184 AD8655 AD8605, AD8615 を満たす必要があります。 • AD7903 の SNR 性能と遷移ノイズ性能を維持するためには、 ドライバ・アンプが発生するノイズをできるだけ低く抑え る必要があります。ドライバから発生するノイズは、 AD7903 アナログ入力回路の RIN と CINから構成される 1 極 ローパス・フィルタまたは外付けフィルタ(使用した場 合)により除去されます。AD7903 のノイズは 40 µV rms (typ)であるため、アンプに起因する SNR の性能低下は、 次式で与えられます。 40 SNRLOSS = 20 log π 2 2 40 + f − 3dB (NeN ) 2 シングルエンド・アナログ信号(バイポーラまたはユニポーラ) を使うアプリケーションの場合、ADA4941-1シングルエンド/差 動変換ドライバを使うと、差動入力をデバイスに入力すること ができます。図 36 にこの回路図を示します。 • AC アプリケーションの場合、ドライバは AD7903 と釣り 合う THD 性能を持つ必要があります。 • 多チャンネルをマルチプレクスするアプリケーションの場 合、ドライバ・アンプとAD7903アナログ入力回路は、コン デンサ・アレイへのフルスケール・ステップに対して16 ビット・レベル (0.0015%、15 ppm)でセトリングする必要 があります。アンプのデータシートでは、一般に 0.1%~ 0.01%でのセトリングが規定されています。これは、16 ビ ット・レベルでのセトリング・タイムから大幅に異なるこ とがあります。ドライバの選択の前にセトリング・タイム を確認して下さい。 R5 R6 R3 R4 R1 と R2 は、入力範囲と ADC 範囲(VREF)の間の減衰比を設定し ます。R1、R2、CF は、入力抵抗、信号帯域幅、折り返しノイズ 除去、ノイズ成分に応じて決定されます。例えば、±10 V 範囲で 4 kΩ インピーダンスの場合、R1 = 4 kΩ と R2 = 1 kΩ なります。 R3 と R4 は ADC の INx−入力の同相モードを、R5 と R6 は INx+ 入力の同相モードを、それぞれ設定します。同相モードは VREF/2 に近い必要があります。例えば、±10 V 範囲で単電源の場 合、R3 = 8.45 kΩ、R4 = 11.8 kΩ、R5 = 10.5 kΩ、R6 = 9.76 kΩ に なります。 +5V REF 10µF +5.2V REF OUTN 20Ω 2.7nF 2.7nF OUTP 100nF Very low noise, low power, single to differential Very low noise, small, and low power Very low noise and high frequency Low noise and high frequency Low power, low noise, and low frequency 5 V single supply, low noise 5 V single supply, low power シングル/差動ドライバ ここで、 f–3dB は MHz で表した AD7903 の入力帯域幅(10 MHz)、ま たは入力フィルタ(使用した場合)のカットオフ周波数。 N はアンプのノイズ・ゲイン(例えば、バッファ構成の場合 はゲイン = 1、図 35 参照)。 eN は nV/√Hz で表したオペアンプの等価入力ノイズ電圧。 100nF Typical Application 20Ω IN +2.5V REFx INx+ VDDx AD7903 ADCx INx– GND FB ADA4941-1 R1 –0.2V R2 11755-115 ±10V, ±5V, .. CF 図 36.シングルエンド/差動変換ドライバ回路 Rev. A - 16/27 - AD7903 データシート 10 リファレンス電圧入力 REF を非常に小さいインピーダンス・ソースで駆動する場合は (例えば、AD8031またはAD8605を使用するリファレンス・バ ッ ファ)、10 µF のセラミック・チップ・コンデンサ(X5R、0805サ イズ)は最適性能を得るために十分です。 バッファなしでリファレンス電圧を使う場合は、デカップリン グ値は使用するリファレンスに依存します。例えば、22 µF の セラミック・チップ・コンデンサ(X5R、1206 サイズ)は、低温 度ドリフト ADR43x リファレンスを使って最適性能を得るため に十分です。 必要な場合には、2.2 µF までの小型なリファレンス・デカップ リング・コンデンサ値を使うことができ、性能特に DNL への影 響は最小に抑えられます。 REFx ピンと GND ピンの間に小さい値のセラミック・デカップ リング・コンデンサ(例えば、100 nF)を追加する必要はありませ ん。 電源 AD7903 は各 ADC に対してコア電源(VDDx)とデジタル入力/出 力インターフェース電源(VIOx)の 2 種類の電源ピンを使ってい ます。VIOx を使うと、1.8 V~5.5 V で動作するロジックとの直 接インターフェースが可能になります。必要な電源数を減らす ときは、VIOx と VDDx を接続することができます。AD7903 は VIOx と VDDx の間の電源シーケンスに依存しません。さらに、 広い周波数範囲で電源変動に対して安定です(図 37)。 95 PSRR (dB) 85 80 75 0.1 IREF IVIO 0.01 0.001 10000 100000 SAMPLING RATE (SPS) 1000000 図 38.サンプリング・レート対 ADC あたりの動作電流 デジタル・インターフェース AD7903 のピン数は少ないですが、シリアル・インター フェース・モードで柔軟性を提供します。 CSモードでは、AD7903はSPI、QSPI、デジタル・ホスト、 DSP と互換性を持っています。このモードでは、3 線式または 4 線式のインターフェースを使うことができます。CNVx 信号、 SCKx 信号、SDOx 信号を使う 3 線式インターフェースは、配線 数が少ないため、例えば、孤立しているアプリケーションで便 利です。SDIx 信号、CNVx 信号、SCKx 信号、SDOx 信号を使う 4 線式インターフェースを使用すると、CNVx(変換を開始しま す)をリードバック・タイミング(SDIx)に依存しないようにする ことができます。この機能は、低ジッタ・サンプリング・アプ リケーションまたは同時サンプリング・アプリケーションで便 利です。 デバイスが動作するモードは、CNVx の立上がりエッジ時の SDIx のレベルで決定されます。SDIx がハイ・レベルのときに は CS モードが、SDIx がロー・レベルときにはチェーン・モー ドが、それぞれ選択されます。SDIx ホールド・タイムは、SDIx と CNVx が接続されているとき、チェーン・モードが常に選択 されるようにします。 70 10k 100k FREQUENCY (Hz) 1M 11755-139 65 図 37.PSRR の周波数特性 最 適性 能を得 るた めには 、 VDDx を リ ファ レン ス電圧 入力 (REFx)の約 1/2 にする必要があります。例えば、REFx = 5.0 V の場合、VDDx = 2.5 V (±5%)にする必要があります。 AD7903 は各変換フェーズの終わりに自動的にパワーダウン するため、消費電力はサンプリング・レートに比例します。こ の ため、低サンプリング・レート(例えば数 Hz)とバッテリ駆動ア プリケーションに最適なデバイスになっています。 Rev. A IVDD AD7903 をチェーン・モードで使うと、シフトレジスタに似た 1 本のデータライン上での複数の ADC のカスケード接続に対し て、SDIx 入力を使ったデイジーチェーン機能を提供することが できます。AD7903 は 2 個の ADC を 1 つのパッケージに内蔵し ているため、チェーン・モードを使って両 ADC からデータを 取得することができますが、使用する 4 線式ユーザー・インタ ーフェース信号は 1 セットだけで済みます。 90 60 1k 1 11755-137 OPERATING CURRENTS (mA) AD7903 のリファレンス電圧入力 REF は動的入力インピーダ ンスを持っています。このため、REFx ピンと GND ピンとの 間を効果的にデカップリングした低インピーダンス・ソースか ら駆 動する必要があります(レイアウトのセクション参照)。 いずれのモードででも、AD7903はデータビットの前にスター ト・ビットを発生させるオプションを提供します。このスター ト・ビットをビジー信号表示と組合せて使用して、デジタル・ ホストに対して割込みを行い、データの読出しを開始させるこ とができます。ビジー表示を使わない場合は、リードバックの 前に最大変換時間の経過を待たなければなりません。 ビジー表示機能は、次のようにイネーブルされます。 • • - 17/27 - CS モードでは、ADC 変換が終了したとき CNVx または SDIx がロー・レベルになった場合(図 42 と図 46 参照)。 チェーン・モードでは、CNVx 立上がりエッジ時に SCKx がハイ・レベルになった場合(図 50 参照)。 AD7903 データシート スを選択することができますが、 CS モード ビジー信号の発生を防止するため、最小変換時間が経過する前 にCNVx をハイ・レベルに戻して、最大変換時間の間ハイ・レ ベルを維持する必要があります。変換が完了すると、AD7903 はアクイジション・フェーズに入りパワーダウンします。 CNVx がロー・レベルになると、MSB が SDOx に自動的に出力 されます。残りのデータビットは、後続の SCKx の立下がりエ ッジで出力されます。データは、両 SCKx エッジで有効です。 立上がりエッジを使ってデータを取込むことができますが、 SCKx の立下がりエッジを使うデジタル・ホストを使うと、ホ ールド・タイムが許容できる限り、高速な読出しレートが可能 になります。16 番目の SCKx 立下がりエッジの後、または CNVx がハイ・レベルになったときのいずれか早い方で、SDOx はハイ・インピーダンスに戻ります。 CS モード 3 線式、ビジー表示なし ビジー表示なしで 3 線式インターフェースを使用する CS モー ドは、1 個の AD7903 を SPI 互換デジタル・ホストに接続する際 に使用されます。 図 39 に接続図を、図 40 に対応するタイミングを、それぞれ示 します。 SDIx と VIOx を接続した状態では、CNVx の立上がりエッジで 変換が開始され、CS モードが選択され、SDOx はハイ・インピ ーダンスになります。変換が開始されると、CNVx の状態に関 係なく完了するまで継続されます。例えば、CNVx をロー・レ ベルにしてアナログ・マルチプレクサのような他の SPI デバイ CONVERT DIGITAL HOST CNVx VIOx SDIx AD7903 DATA IN SDOx 11755-116 SCKx CLK 図 39.CS モード 3 線式インターフェース、ビジー表示なしの接続図(SDIx ハイ・レベル) SDIx = 1 tCYC tCNVH CNVx ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSCK tSCKL 2 3 14 tHSDO 16 tSCKH tEN SDOx 15 tDSDO D15 D14 D13 tDIS D1 D0 11755-216 1 SCKx 図 40.CS モード 3 線式インターフェース、ビジー表示なしのシリアル・インターフェース・タイミング(SDI ハイ・レベル) Rev. A - 18/27 - AD7903 データシート 変換が完了すると、SDO はハイ・インピーダンスから低インピ ーダンスになります。SDOx ラインをプルアップして、この変 化を割込み信号として使って、デジタル・ホストにより制御さ れるデータの読出しを開始させることができます。その後 AD7903はアクイジション・フェーズに入り、パワーダウンし ます。その後データビットは MSB ファーストで、後続の SCKx の立下がりエッジで出力されます。データは、両 SCKx エッジ で有効です。立上がりエッジを使ってデータを取込むことがで きますが、SCKx の立下がりエッジを使うデジタル・ホストを 使うと、ホールド・タイムが許容できる限り、高速な読出しレ ートが可能になります。オプションの 17 番目の SCKx 立下がり エッジの後、または CNVx がハイ・レベルになったときのいず れか早い方で、SDOx はハイ・インピーダンスに戻ります。 CS モード 3 線式、ビジー表示あり ビジー表示ありで 3 線式インターフェースを使用する CS モー ドは、1 個の AD7903 を割込み入力を持つ SPI互換デジタル・ホ ストに接続する際に使用されます。 図 41 に接続図を、図 42 に対応するタイミングを、それぞれ示 します。 SDIx と VIOx を接続した状態では、CNVx の立上がりエッジで 変換が開始され、CS モードが選択され、SDOx はハイ・インピ ーダンスになります。CNVx の状態に無関係に変換が完了する まで SDOx はハイ・インピーダンスを維持します。最小変換時 間の前に、CNVx を使ってアナログ・マルチプレクサのような 他の SPI デバイスを選択することができますが、最小変換時間 が経過する前に CNVx がロー・レベルに戻り、最大変換時間の 間ロー・レベルを維持して、ビジー信号が確実に発生するよう にする必要があります。 複数の ADC を同時に選択した場合、SDOx 出力ピンが損傷また はラッチアップなしにこの接続を処理します。余分な電力消費 を回避するためこの競合をできるだけ短くすることをお薦めし ます。 CONVERT VIOx CNVx AD7903 DATA IN SDOx IRQ SCKx 11755-118 SDIx DIGITAL HOST 47kΩ VIOx CLK 図 41.CS モード 3 線式インターフェース、ビジー表示ありの接続図(SDIx ハイ・レベル) SDIx = 1 tCYC tCNVH CNVx ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSCK tSCKL 1 2 3 15 tHSDO 16 17 tSCKH tDIS tDSDO SDOx D15 D14 D1 D0 11755-218 SCKx 図 42.CS モード 3 線式インターフェース、ビジー表示ありのシリアル・インターフェース・タイミング(SDIx ハイ・レベル) Rev. A - 19/27 - AD7903 データシート に SDIx がハイ・レベルに戻るため、最大変換時間の間ハイ・ レベルを維持して、ビジー信号の発生を防止する必要がありま す。変換が完了すると、AD7903はアクイジション・フェーズ に入りパワーダウンします。対応する SDIx 入力にロー・レベ ルを入力すると、各 ADC の変換結果を読出すことができ、 MSB が SDOx へ出力されます。残りのデータビットは、後続の SCKx の立下がりエッジで出力されます。データは、両 SCKx エ ッジで有効です。立上がりエッジを使ってデータを取込むこと ができますが、SCKx の立下がりエッジを使うデジタル・ホス トを使うと、ホールド・タイムが許容できる限り、高速な読出 しレートが可能になります。16 番目の SCKx 立下がりエッジの 後、または SDIx がハイ・レベルになったときのいずれか早い 方で、SDOx はハイ・インピーダンスに戻り、もう一方の ADC を読出すことができるようになります。 CS モード 4 線式インターフェース、ビジー表示なし ビジー表示なしで 4 線式インターフェースを使用する CS モー ドは、AD7903 内の両 ADC を SPI 互換デジタル・ホストに接続 する際に使用されます。 図 43 に、AD7903 の接続図例を示します。対応するタイミン グ図を図 44に示します。 SDIx にハイ・レベルを入力した状態では、CNVx の立上がりエ ッジで変換が開始され、CS モードが選択され、SDOx はハイ・ インピーダンスになります。このモードでは、変換フェーズと それに続くデータ・リードバックの間、CNVx がハイ・レベル に維持される必要があります(SDIx と CNVx をロー・レベルに すると、SDOx がロー・レベルに駆動されます)。最小変換時間 の前に、SDIx を使ってアナログ・マルチプレクサのような他の SPI デバイスを選択することができますが、最小変換時間の前 CS2 CS1 CONVERT CNV1 AD7903 SDO1 SDI2 AD7903 ADC1 ADC2 SCK1 SCK2 DIGITAL HOST SDO2 11755-120 SDI1 CNV2 DATA IN CLK 図 43.CS モード 4 線式インターフェース、ビジー表示なしの接続図 tCYC CNVx ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSSDICNV SDI1 (CS1) tHSDICNV SDI2 (CS2) tSCK tSCKL 1 2 3 14 tHSDO 16 17 18 30 31 32 tSCKH tEN SDOx 15 tDIS tDSDO D115 D114 D113 D11 D10 D215 D214 D 21 D20 図 44.CS モード 4 線式インターフェース、ビジー表示なしのシリアル・インターフェース・タイミング Rev. A - 20/27 - 11755-220 SCKx AD7903 データシート SPI デバイスを選択することができますが、最小変換時間が経 過する前に SDIx がロー・レベルに戻り、最大変換時間の間ロ ー・レベルを維持して、ビジー信号が確実に発生するようにす る必要があります。変換が完了すると、SDOx はハイ・インピ ーダンスから低インピーダンスになります。SDOx ラインをプ ルアップして、この変化を割込み信号として使って、デジタ ル・ホストにより制御されるデータのリードバックを開始させ ることができます。その後 AD7903 はアクイジション・フェーズ に入り、パワーダウンします。その後データビットは MSB ファーストで、後続の SCKx の立下がりエッジで出力されます。 データは、両 SCKx エッジで有効です。立上がりエッジを使っ てデータを取込むことができますが、SCKx の立下がりエッジ を使うデジタル・ホストを使うと、ホールド・タイムが許容で きる限り、高速な読出しレートが可能になります。オプション の 17 番目の SCKx 立下がりエッジの後、または SDIx がハイ・ レベルになったときのいずれか早い方で、SDOx はハイ・イン ピーダンスに戻ります。 CS モード 4 線式インターフェース、ビジー表示あり ビジー表示ありで 4 線式インターフェースを使用する CS モー ドは、1 個の AD7903 を割込み入力を持つ SPI互換デジタル・ホ ストに接続する際に使用されます。この CS モードは、CNVx (アナログ入力をサンプルするために使われます)がデータの読出 しを選択する際に使われる信号に依存しないようにするときに も使われます。この独立性は、CNVx 上のジッタが小さいこと が要求されるアプリケーションで特に重要です。 図 45 に接続図を、図 46 に対応するタイミングを、それぞれ示 します。 SDIx にハイ・レベルを入力した状態では、CNVx の立上がりエ ッジで変換が開始され、CS モードが選択され、SDOx はハイ・ インピーダンスになります。このモードでは、変換フェーズと それに続くデータ・リードバックの間、CNVx がハイ・レベル に維持される必要があります(SDIx と CNVx をロー・レベルに すると、SDOx がロー・レベルに駆動されます)。最小変換時間 の前に、SDIx を使ってアナログ・マルチプレクサのような他の CS1 CONVERT VIOx CNVx AD7903 DATA IN SDOx IRQ SCKx 11755-122 SDIx DIGITAL HOST 47kΩ CLK 図 45.CS モード 4 線式インターフェース、ビジー表示ありの接続図 tCYC CNVx ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSSDICNV SDIx tSCK tHSDICNV tSCKL 2 3 15 tHSDO 16 17 tSCKH tDIS tDSDO tEN SDOx D15 D14 D1 D0 11755-222 1 SCKx 図 46.CS モード 4 線式インターフェース、ビジー表示ありのシリアル・インターフェース・タイミング Rev. A - 21/27 - AD7903 データシート ェーズとそれに続くデータ・リードバックの間、CNVx がハ イ・レベルに維持されます。変換が完了すると、MSB が SDOx に出力され、AD7903 はアクイジション・フェーズに入りパワ ーダウンします。内部シフトレジスタに保存されている残りの データビットは、後続の SCKx の立下がりエッジで出力されま す。各 ADC で、SDIx が内部シフトレジスタの入力に接続され、 SCKx の立下がりエッジでクロック駆動されます。チェーン内 の各 ADC はデータを MSB ファーストで出力し、N 個の ADC をリードバックするためには 16 × N 個のクロックが必要です。 データは、両 SCKx エッジで有効です。立上がりエッジを使っ てデータを取込むことができますが、SCKx の立下がりエッジ を使うデジタル・ホストを使うと、ホールド・タイムが許容で きる限り、高速な読出しレートが可能になり、かつチェーン内 の AD7903 数を増やすことができます。最大変換レートは、合 計リードバック時間により低下することがあります。 チェーン・モード チェーン・モード、ビジー表示なし このモードを使って、3 線式シリアル・インターフェースに AD7903 内の両 ADC をデイジーチェーン接続することができ ます。この機能は部品数と接続配線数の削減に役立ちます。例 えば、孤立した複数のコンバータを使用するアプリケーション またはインターフェース能力が制限されているシステムではこ の接続が使用されます。データのリードバックは、シフトレジ スタをクロック駆動するのに似ています。 図 47 に、AD7903 内の両 ADCを使う接続図例を示します。対応 するタイミングを図 48 に示します。 SDIx と CNVx をロー・レベルにすると、SDOx がロー・レベル に駆動されます。SCKx がロー・レベルのとき、CNVx の立上が りエッジで変換が開始され、チェーン・モードが選択され、ビ ジー表示がディスエーブルされます。このモードでは、変換フ CONVERT CNV2 AD7903 ADC1 SDO1 SDI2 SCK1 DIGITAL HOST ADC2 SDO2 DATA IN SCK2 11755-124 SDI1 CNV1 AD7903 CLK 図 47.チェーン・モード、ビジー表示なしの接続図 SDI1 = 0 tCYC CNVx ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSCK tSCKL tSSCKCNV SCKx 1 2 3 15 16 17 18 30 31 32 D11 D10 tSCKH tHSDISCK tEN SDO1 = SDI2 14 tSSDISCK tHSCKCNV D115 D114 D113 D 11 D 10 D 21 D20 tHSDO SDO2 D215 D214 D213 D115 D114 図 48.チェーン・モード、ビジー表示なしのシリアル・インターフェース・タイミング Rev. A - 22/27 - 11755-224 tDSDO AD7903 データシート イ・レベルに維持されます。チェーン内のすべての ADC で変 換が完了すると、デジタル・ホストに最も近いADC (図 49 の AD7903 B ボックス内で ADCxと表示された ADC)の SDOx ピン がハイ・レベルに駆動されます。SDOx上のこの変化をビジー 表示として使って、デジタル・ホストから制御されるデータ・ リードバックを開始することができます。その後 AD7903 はア クイジション・フェーズに入り、パワーダウンします。内部シ フトレジスタに保存されているデータビットは、後続の SCKx の立下がりエッジで MSB ファーストで出力されます。各 ADC で、SDIx が内部シフトレジスタの入力に接続され、SCKx の立 下がりエッジでクロック駆動されます。チェーン内の各 ADC はデータを MSB ファーストで出力し、N 個の ADC をリードバ ックするためには 16 × N + 1 個のクロックが必要です。立上が りエッジを使ってデータを取込むことができますが、SCKx の 立下がりエッジを使うデジタル・ホストを使うと、ホールド・ タイムが許容できる限り、高速な読出しレートが可能になり、 かつチェーン内の ADC 数を増やすことができます。 チェーン・モード、ビジー表示あり ビジー表示ありのチェーン・モードは、3 線式シリアル・イ ンターフェースに AD7903 内の両 ADC をデイジーチェーン接続 するときにも使用することができます。この機能は部品数と接 続配線数の削減に役立ちます。例えば、孤立した複数のコン バータを使用するアプリケーションまたはインターフェース能 力が制限されているシステムではこの接続が使用されます。 データのリードバックは、シフトレジスタをクロック駆動する のに似ています。 図 49 に、AD7903 の 3 個の ADC を使う接続図例を示します。対 応するタイミングを図 50 に示します。 SDIx と CNVx をロー・レベルにすると、SDOx がロー・レベル に駆動されます。SCKx がハイ・レベルのとき、CNVx の立上が りエッジで変換が開始され、チェーン・モードが選択され、ビ ジー表示機能がイネーブルされます。このモードでは、変換フ ェーズとそれに続くデータ・リードバックの間、CNVx がハ CONVERT SDI1A CNVx CNVx CNVx AD7903 AD7903 AD7903 ADC1 SDO1A SDI2A ADC2 SDO2A SDIxB SCKx SCKx DIGITAL HOST ADCx SDOxB DATA IN SCKx IRQ CLK AD7903 A AD7903 B 11755-126 NOTES 1. DASHED LINE DENOTED ADCs ARE WITHIN A GIVEN PACKAGE. 2. SDI1A AND SDO1A REFER TO THE SDI1 AND SDO1 PINS IN ADC1 IN THE FIRST AD7903 OF THE CHAIN (AD7903 A). SDI2A AND SDO2A REFER TO THE SDI2 AND SDO2 PINS IN ADC2 OF AD7903 A. LIKEWISE, SDIxB AND SDOxB REFER TO THE SDIx AND SDOx PINS IN BOTH ADC1 AND ADC2 OF THE SECOND AD7903 IN THE CHAIN (AD7903 B) 図 49.チェーン・モード、ビジー表示ありの接続図 tCYC CNVx = SDI1A tCONV tACQ ACQUISITION CONVERSION ACQUISITION tSCK tSCKH SCKx 1 2 3 4 15 16 tSSDISCK tHSCKCNV 17 18 19 31 32 33 34 35 tSCKL DA115 SDO1A = SDI2A DA114 DA113 DA11 tDSDOSDI tDSDO SDO2A = SDIxB DA215 DA214 DA213 DA21 DA20 DA115 DA114 DA11 DA10 DBx15 DBx14 DBx13 DBx1 DBx0 DA215 DA214 DA21 DA20 tDSDOSDI SDOxB tDSDODSI DA115 DA114 図 50.チェーン・モード、ビジー表示ありのシリアル・インターフェース・タイミング Rev. A 49 DA10 tHSDO tDSDOSDI 48 tDSDOSDI tHSDISCK tEN 47 - 23/27 - DA11 DA10 11755-226 tSSCKCNV AD7903 データシート アプリケーション情報 あるいは、同時サンプリングが必要であるが、デジタル・ホス トのピン数が制限されているアプリケーションでは、AD7903 上の 2 つのユーザー・インターフェースを図 47 と図 49 に示すい ずれかのデイジーチェーン構成で接続することができます。この デイジーチェーン接続を使うと、1 本のデジタル・ホスト入力ピ ンを使って同時サンプリング機能を実現することができます。 この方法では、ADC からデータを取得するために、ビジー・イ ンジケータのステータスに応じて 31 個または 32 個の SCKx 立 下がりエッジが必要です。 同時サンプリング AD7903は 2 つの独自なユーザー・インターフェースを内蔵する ため、デバイスから変換結果を取得する際に最大の柔軟性を提 供します。AD7903 は、2 つのユーザー・インターフェースがデ ジタル・ホストからの変換スタート (CNVx) 信号を共用して 2 チ ャンネル同時サンプリング・デバイスを作成するオプションを提 供します。サンプリング時点とデジタル・ホストでの変換結果 使用時点との間の遅延が重要となる制御アプリケーションのよ うなアプリケーションでは、AD7903 を図 51 のように構成する ことが推奨されます。この構成を使うと、同時サンプリングに 加えて同時データ読出しが可能になります。ただし、この構成 でもデジタル・ホストにデータ入力ピンの追加が必要になりま す。この方法では、ADC からデータを取得するために必要な SCKx 立下がりエッジがビジー・インジケータのステータスに 応じて 15 個または 16 個で済むため、最大スループットが可能 になります。 図 51 に、デジタル・ホストで 2 つのデータ入力を使用する同時 サンプリング・システムの例を示します。対応するタイミング 図(図 52)に、 CS モード、3 線式同時サンプリング・シリアル・ インターフェース、ビジー表示なしを示します。ただし、3 線式 または 4 線式のシリアル・インターフェース・タイミング・オ プションを使用することができます。 CONVERT CNV1 SDI1 ADC1 CNV2 VIO2 AD7903 SDO1 DIGITAL HOST AD7903 SDI2 SCK1 ADC2 SDO2 DATA IN 2 DATA IN 1 SCK2 11755-324 VIO1 CLK 図 51.同時サンプリング例の接続図 SDIx = 1 tCYC tCNVH CNVx ACQUISITION tCONV tACQ CONVERSION ACQUISITION tSCK tSCKL 2 3 14 tHSDO 15 16 tSCKH tEN tDSDO tDIS SDO1 D15 D14 D13 D1 D0 SDO2 D15 D14 D13 D1 D0 図 52.同時サンプリング・シリアル・インターフェース例のタイミング Rev. A - 24/27 - 11755-316 1 SCKx AD7903 データシート 機能安全について AD7903 は物理的に分離された 2 個の ADC を内蔵しているため、 機能安全アプリケーションに最適です。この分離のため、各 ADC は、独立なユーザー・インターフェース、独立なリファレ ンス入力、独立なアナログ入力、独立な電源を持っています。 デバイスは物理的に分離されているため、評価/バックアップ測 定値の取得に適しており、同時に、評価に使う ADC を制御を受 けているシステムから分離することができます。 同時サンプリングのセクションでは、デバイスが同時動作す る方法を説明していますが、この回路は実際には2系統のシグ ナル・チェーンで構成されています。この分離により、AD7903 は 計測アプリケーションの二重化に最適になっています。冗長な ADC 測定値を使用するシグナル・チェーンを構成すると、ノ ー・シングル・エラー・システムの実現に役立ちます。図 53 に、 反転信号のモニタリングを採用した冗長測定値から構成される、 代表的な機能安全アプリケーション回路を示します。正常では 同じ方向に向かう回路出力が、故障状態では反対方向へ向かう ような一般的な原因による故障を検出するために、反転が行わ れています。 さらに、検査のときには、デバイスで使用している QSOP パッ ケージのリードに接触することができます。 REF = 2.5V TO 5V 2.5V REF IN1+ ADC1 ±10V, ±5V, ... PHYSICALLY ISOLATED ADCs IN1– ADA4941-1 IN2+ ADC2 IN2– GND VDD1 VDD2 VIO1 VIO1 SDI1 SDI1 SCK1 SCK1 CNV1 CNV1 SDO1 SDO1 VIO2 VIO2 SDI2 SDI2 SCK2 SCK2 CNV2 CNV2 SDO2 SDO2 AD7903 図 53.代表的な機能安全ブロック図 Rev. A - 25/27 - 11755-146 REF1 REF2 ADA4941-1 AD7903 データシート レイアウト AD7903 のプリント回路ボード(PCB)は、アナログ部とデジタル 部を分離して、ボード内でそれぞれをまとめて配置するように デザインする必要があります。AD7903では、すべてのアナロ グ信号を左側に、すべてのデジタル信号を右側に配置している ため、この作業が容易になります。 ーダンスを持っています。リファレンス電圧のデカップリン グ・セラミック・コンデンサを REFx ピンと GND ピンの近くに、 理想的には直接に接続して、寄生インダクタンスを小さくして これらのリファレンス入力をデカップリングし、太い低インピ ーダンスのパターンでこれらのピンを接続してください。最後 に、電源(VDDx と VIOx)を 100 nF (typ)のセラミック・コンデンサ でデカップリングします。これらは AD7903 の近くに配置し、短 く太いパターンで接続して、低インピーダンス・パスを提供し、 電源ライン上のグリッチの影響を小さくします。 AD7903の下のグラウンド・プレーンがシールドして使われて ない限り、ノイズがチップに混入するので、デバイスの真下を デジタル・ラインが通らないようにしてください。CNVx やク ロックのような高速なスイッチング信号は、アナログ信号パス の近くを通らないようにしてください。デジタル信号とアナロ グ信号の交差は回避する必要があります。信号忠実度問題を回 避するため、PCB レイアウトでデジタル・エッジの単調性を実 現するように注意してください。 図 54 に、これらの規則に従うレイアウト例を示します。 AD7903 の性能評価 AD7903 に対するその他の推奨レイアウトは、ユーザー・ガイ ド UG-609 に 示 し て あ り ま す 。 評 価 用 ボ ー ド (EVALAD7903SDZ)の梱包には、組み立て/テスト済みの評価用ボード、 ユーザー・ガイド、EVAL-SDP-CB1Z を介して PC からボードを 制御するソフトウェアが添付されています。 少なくとも 1 枚のグラウンド・プレーンを使う必要があります。 デジタル部とアナログ部に共通に、または分けて使うことがで きます。後者の場合、各プレーンは AD7903 の下で接続する必 要があります。 AD7903 のリファレンス入力(REF1 と REF2)は、動的入力インピ GND REF VDD VIO GND GND REF VIO1 REF1 SDI1 VDD1 IN1+ SCK1 IN1– SDO1 GND REF REF2 CNV1 GND VIO2 VDD2 SDI2 IN2+ SCK2 IN2– SDO2 GND CNV2 VIO VDD GND 図 54.AD7903 のレイアウト例 (表面層) Rev. A - 26/27 - 11755-147 GND AD7903 データシート 外形寸法 0.345 (8.76) 0.341 (8.66) 0.337 (8.55) 20 11 1 10 0.010 (0.25) 0.006 (0.15) 0.069 (1.75) 0.053 (1.35) 0.065 (1.65) 0.049 (1.25) 0.010 (0.25) 0.004 (0.10) COPLANARITY 0.004 (0.10) 0.158 (4.01) 0.154 (3.91) 0.150 (3.81) 0.244 (6.20) 0.236 (5.99) 0.228 (5.79) 0.025 (0.64) BSC SEATING PLANE 0.012 (0.30) 0.008 (0.20) 8° 0° 0.020 (0.51) 0.010 (0.25) 0.050 (1.27) 0.016 (0.41) 0.041 (1.04) REF 08-19-2008-A COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-137-AD CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN INCHES; MILLIMETER DIMENSIONS (IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF INCH EQUIVALENTS FOR REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN. 図 55.20 ピン・シュリンク・スモール・アウトライン・パッケージ[QSOP] (RQ-20) 寸法:インチ(mm) オーダー・ガイド Model 1 AD7903BRQZ AD7903BRQZ-RL7 EVAL-AD7903SDZ EVAL-SDP-CB1Z 1 Temperature Range −40°C to +125°C −40°C to +125°C Package Description 20-Lead Shrink Small Outline Package (QSOP) 20-Lead Shrink Small Outline Package (QSOP) Evaluation Board Controller Board Z = RoHS 準拠製品。 Rev. A - 27/27 - Package Option RQ-20 RQ-20 Ordering Quantity Tube, 56 Reel, 1,000