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-0202 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/CN0202 をご覧ください。 実用回路集 AD5750 産業用電流／電圧出力ドライバ、プログラマ ブル・レンジ AD5662 16 ビット nanoDAC® D/A コンバータ、SOT-23 ADR444 超低ノイズ 4.096V LDO XFET 電圧リファレン ス、電流シンク／ソース機能付き フレキシブル、高精度、低ドリフトの PLC/DCS アナログ出力モジュール ドリフト（Bグレード：最大3 ppm/℃）、高初期精度（Bグレー ド：最大0.04％）、低ノイズ（1.8 µV p-p (typ)、0.1～10 Hz）といっ た特性を備えており、AD5750とAD5662の両方のリファレンス電 圧となり、回路の超低ノイズ、高精度、低温度ドリフトを保証し ます。この回路はすべての代表的な電圧／電流出力範囲に対応し ており、16ビット分解能、ノー・ミッシング・コード、0.05％の 直線性、0.2％未満の総合出力誤差を実現します。 評価と設計支援 回路評価用ボード CN-0202 回路評価用ボード（EVAL-CN0202-SDPZ） システム・デモ用プラットフォーム（EVAL-SDP-CB1Z） 設計と統合ファイル 回路、レイアウト・ファイル、BOM この回路は、オンチップの出力故障検出および保護機能（短絡、 アンダー電圧出力、開回路電流出力、過大温度に対応）、パケッ ト・エラー（PEC）を防ぐCRCチェック、柔軟なパワーアップ・ オプションなど、産業用アプリケーション向けの重要な機能も 備えているため、堅牢な産業用制御システムに最適です。大量 生産で一貫した性能を維持するために外付けの高精度抵抗や キャリブレーション・ルーチンを使用する必要はなく、PLCや DCSに理想的な回路です。 回路機能とその利点 図 1の回路は、プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）／ 分散制御システム（DCS）アプリケーションの大部分の条件を満 たす全機能型の柔軟なプログラマブル・アナログ出力ソリュー ションです。低消費電力（0.75 mW @ 5 V）、レールtoレール出 力、16ビットnanoDAC®コンバータAD5662と産業用電流／電圧出 力ドライバAD5750は、入力／出力電圧範囲やリファレンス電圧 条件の面で互いに極めて相性のよいデバイスです。ADR444は低 +15V + 10µF 0.1µF ADR444 +5V VIN 0.1µF VOUT +4.096V GND 10µF + 0.1µF +5V 10µF SYNC SCLK SCLK SDIN SDIN 0.1µF VDD VREF SYNCA + AD5662 VFB VOUT GND 0V TO +4.096V DVCC VREF AVDD VIN SYNCB SYNC SCLK SCLK SDIN SDIN SDO SDO VOUT AD5750 IOUT GND AVSS 0V TO 5V 0V TO 10V ±5V, ±10V 0V TO 6V 0V TO 12V ±6V, ±12V 4mA TO 20mA 0mA TO 20mA 0mA TO 24mA ±20mA, ±24mA 10µF + 0.1µF 09733-001 –15V 図 1. シングル・チャンネル用の基本的なアナログ出力回路（簡略回路図：すべての接続および保護回路を示しているわけではありません） Rev. 0 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、各社の所有に属します。※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 CN-0202 回路ノート 回路の説明 計測 AD5750/AD5750-1 はいずれもシングル・チャンネル、低価格、 高精度の電圧／電流出力ドライバであり、産業用プロセス制御ア プリケーションの条件を満たしています。電圧出力範囲は、PLC や DCS アプリケーション向けの標準出力範囲 0 ～5 V、0～10 V、 －5～＋5 V、－10～＋10 V に設定できます。さらに、20％オー バーレンジ設定を選べば、標準範囲として 0～6 V、0～12 V、 －6～＋6 V、－12～＋12 V が可能です。 積分非直線性（INL）、微分非直線性（DNL）、出力誤差は PLC、 DCS、その他のプロセス制御システムで最も重要な仕様です。 AD5750 は柔軟性の高い、 設定可能な出力範囲を備えているため、 アプリケーションのニーズに合うようにその範囲を調整できま す。回路の INL、DNL、出力誤差の測定結果をそれぞれ図 2、 図 3、図 4 に示します。このデータは、0～5 V の電圧出力モード 時に 25 Υで得られたものです。ほかの範囲のテスト結果は表 1 に示します。 1 0 –1 –2 –3 –4 –5 65536 DAC CODE 09733-002 61440 57344 53248 49152 45056 40960 36864 32768 28672 24576 20480 16384 8192 12288 0 4096 –6 図 2. 0～5 V 出力範囲の INL 0.8 0.6 0.4 0.2 0 –0.2 –0.4 –0.6 図 3. 0～5 V 出力範囲の DNL Rev. 0 | Page 2 of 6 65536 61440 57344 53248 09735-003 DAC CODE 49152 45056 40960 36864 32768 28672 24576 20480 16384 12288 8192 –0.8 4096 この回路は、大きな面積のグラウンド・プレーンを持った多層 PC ボードに構築する必要があります。最適な性能を実現するに は正しいレイアウト、グラウンディング、デカップリングの技術 が必要です。 （MT-031 チュートリアル「Grounding Data Converters and Solving the Mystery of "AGND" and "DGND"」と MT-101 チュー トリアル「Decoupling Techniques」を参照）。 2 0 PLC、DCS アプリケーション向けのデバイスは、一般に定格の推 奨仕様をはるかに上回る ESD 保護や過電圧保護が必要です。 AD5750 は、各ピン内部に 3 kV（人体モデル）の過渡信号による 破損を防ぐための ESD 保護ダイオードを内蔵しています。しか し、産業用制御環境では I/O 回路にかなり高い過渡信号がかかる 可能性があります。もっと高い電圧 ESD 保護、50 mA 過電流保 護、30 V 過電圧保護を提供するために、EVAL-CN0202-SDPZ 回 路ボードには外部 30 V、600 W 過度電圧サプレッサ（TVS）、 50 mA、30 V ポリスイッチ、電源ショットキー・ダイオードが組 み込まれています。オプションの外部保護回路は図 1 の簡略回路 に は 示 さ れ て い ま せ ん が 、 CN0202 設 計 支 援 パ ッ ケ ー ジ （ www.analog.com/CN0202-DesignSupport） の詳 細回路 （ EVALCN0202-SDPZ-SCH pdf ファイル）で確認できます。 3 INL (LSB) AD5662 はシングル・チャンネル、低価格、低消費電力、レール to レール電圧バッファ付き出力の nanoDAC® デバイスです。 AD5662 は 0.75 V～VDD 電源電圧までの広範囲のリファレンス電 圧で±1 LSB の DNL を保証しているため、AD5750 と AD5662 は ADR444 の共通の 4.096 V リファレンス・ソースで動作します。 ADR444 の超低ノイズと低温度係数が、システム全体をさらに改 善します。ADR44x リファレンス・ファミリーは電流をシンク／ ソースできるため、コンバータのリファレンスまたは電源入力の 駆動に最適です。AD5662 はパワーオン・リセット回路を内蔵し ているため、パワーアップ時に DAC 出力をミッドスケールまた はゼロにして、有効な書込みがあるまでこの出力状態を維持しま す。 4 DNL (LSB) 電流出力（別のピンを使用）は、4～20 mA、0～20 mA、－20～ ＋20 mA、0～24 mA、－24～＋24 mA の範囲に設定できます。ユ ニポーラ・レンジには、2％のオーバーレンジ設定があります。 AD5750/AD5750-1 の電流出力は電流をソースまたはシンクでき るため、多種多様なセンサーまたはアクチュエータに接続できま す。エンド・システムをシングル・チャンネル出力にしたい場合 は、電圧出力ピンと電流出力ピンを相互に接続します。 CN-0202 回路ノート 0.014 表 1 のテスト結果は、25℃の温度環境で、Agilent E3631A DC 電 源によって電力を供給した EVAL-CN0202-SDPZ ボードを使って Agilent 34401A デジタル・マルチメータにより測定しました。 0.012 OUTPUT ERROR (%FSR) 0.010 出力範囲 0～20.4 mA と 0～24.5 mA は両方とも、正確に 0～ 20 mA と 0～24 mA の範囲に一致するように調整することがで きます。0～20.4 mA 範囲の 1.54％ FSR 出力誤差測定値にはゲイ ン誤差が含まれていますが、これはキャリブレーションによっ て取り除いてください。 0.008 0.006 0.004 0.002 0 –0.002 –0.004 65536 61440 09733-004 DAC CODE 57344 53248 49152 45056 40960 36864 32768 28672 24576 20480 16384 8192 12288 0 4096 –0.006 図 4. 0～5 V 出力範囲の出力誤差 表 1. 全出力範囲のテスト結果 Range Current Sense Resistor INL (LSB) Linearity (%FSR) Ouptut Error (%FSR) 0 V to 5 V Don't care 3.5 0.009 0.02 0 V to 10 V Don't care 3.3 0.007 0.03 −5 V to +5 V Don't care 3.6 0.008 0.13 −10 V to +10 V Don't care 3.5 0.008 0.12 0 V to 6 V Don't care 3.6 0.008 0.03 0 V to 12 V Don't care 5.3 0.008 0.09 −6 V to +6 V Don't care 3.3 0.008 0.15 −12 V to +12 V Don't care 3.3 0.008 0.15 −2.5 V to +2.5 V Don't care 3.6 0.008 0.13 4 mA to 20 mA Internal 4.1 0.008 0.10 4 mA to 20 mA External 4.1 0.010 0.08 0 mA to 20 mA Internal 3.7 0.008 0.05 0 mA to 20 mA External 4.9 0.011 0.03 0 mA to 24 mA Internal 3.7 0.009 0.04 0 mA to 24 mA External 4.7 0.012 0.03 −20 mA to +20 mA Internal 4.1 0.006 0.14 −20 mA to +20 mA External 3.7 0.006 0.12 −24 mA to +24 mA Internal 3.9 0.006 0.14 −24 mA to +24 mA External 3.3 0.005 0.12 3.92 mA to +20.4 mA Internal 4.4 0.010 0.20 0 mA to +20.4 mA Internal 3.6 0.008 1.54 0 mA to +24.5 mA Internal 5.1 0.008 1.43 Rev. 0 | Page 3 of 6 CN-0202 回路ノート バリエーション回路 測定の準備 この回路はドライバや DAC 製品ファミリーの１つの実装例です が、これに基づいてさまざまなデバイスを選択して必要な性能を 実現することができます。12～16 ビットの分解能は、PLC や DCS アプリケーションの代表的な条件になっています。16 ビット分 解能を必要としないアプリケーションには、リファレンス内蔵の AD5620（12 ビット）や AD5640（14 ビット）を使用できます。 CN0202 評価用ソフトウェア・ディスクを PC の CD ドライブに 挿入して、評価用ソフトウェアをロードします。「マイコン ピュータ」から評価用ソフトウェアのディスクがあるドライブを 探し、Readme ファイルを開きます。Readme ファイルの指示に従 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。 機能ブロック図 マルチチャンネルのアプリケーション向けには、デュアル nanoDAC デバイスの AD5623R（12 ビット）、AD5643R（14 ビッ ト） 、AD5663R （16 ビット）、 それにクワッド nanoDAC の AD5624R （12 ビット）、AD5644R（14 ビット）、AD5664R（16 ビット） があります。 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。pdf ファイル EVAL-CN0204-SDPZ-SCH に、CN0202 評価用ボードの 詳細な回路図があります。 このファイルは、CN0202 設計支援パッ ケージ（www.analog.com/CN0202-DesignSupport）に含まれていま す。 AD5750-1 ドライバは AD5750 とピン互換であり、1.25 V リファ レンスで使用するときは 0～2.5 V の入力範囲を入力することが できます。AD5751 はユニポーラ・アナログ出力ドライバであり、 50 V AVDD 電源を使って 40 V 出力を供給できます。 セットアップ 回 路 ボ ー ド EVAL-CN0202-SDPZ の 120 ピ ン ・ コ ネ ク タ を EVAL-SDP-CB1Z SDP 評価用ボードの CON A または CON B コネ クタに接続します。120 ピン・コネクタの端部にある穴を利用し て 2 つのボードをしっかり固定するには、ナイロン製ハードウェ アを使用する必要があります。DC 出力電源を＋15 V、－15 V、 ＋6 V の出力に設定してから、電源をオフにしてください。 回路評価とテスト 必要な装置（同等装置の代用が可能です） • システム・デモ用プラットフォーム（EVAL-SDP-CB1Z） • CN-0202 回路評価用ボード（EVAL-CN0202-SDPZ） 電源をオフにして、＋15 V 電源を「＋15 V」と記された CN1 ピ ンに、－15 V 電源を「－15 V」と記された CN1 ピンに、さらに GND を「GND」と記された CN1 ピンに接続します。同様に、 ＋6 V を CN2 に接続します。次に電源をオンにし、SDP ボードの USB ケーブルを PC の USB ポートに接続します。注：USB コネ ク タ を SDP ボ ー ド の ミ ニ USB コ ネ ク タ に 接 続 し て 、 EVAL-CN0202-SDPZ の DC 電源をオンにしないでください。 • CN-0202 評価用ソフトウェア • 外部テスト計測装置を制御するソフトウェア（CD には未収 録） • Agilent 34401A, 6.5 桁デジタル・マルチメータ • Agilent E3631A 0～6 V/5 A、±25 V/1 A トリプル出力 DC 電源 • PC （Windows® 2000 または Windows XP）、USB インターフェー ス付き • National Instruments GPIB–USB-B インターフェースおよび ケーブル AGILENT E3631A TRIPLE POWER SUPPLY USB PC USB GND +6V EVAL-CN0202-SDPZ 120 PIN SDP CN3 OR CN4 VOUT OR IOUT 図 5. テスト・セットアップ機能ブロック図 Rev. 0 | Page 4 of 6 USB SDP CON A OR CON B 09735-005 CN2 GND CN1 GPIB OUT +15V −15V GND AGILENT 34401A MULTIMETER CN-0202 回路ノート 表 2. EVAL-CN0202-SDPZ のジャンパ設定（太字はデフォルト設定） Jumper Descriptions JP1 Sets the address of AD5750 JP2 Sets the external compensation capacitor JP3 JP4 VSENSE+ Setting VSENSE− Setting JP5 Shorts the VOUT and IOUT pins JP6 Sets the CLEAR Mode for AD5750 Setting Function Shorting Pin1 with Pin2 Address of AD5750 : b'001 Shorting Pin3 with Pin2 Address of AD5750 : b'000 Shorting Adding 1 nF Compensation Capacitor Opening Removing 1 nF Compensation Capacitor Shorting Shorting VSENSE+ with VOUT internally Opening VSENSE+ has no connection with VOUT internally Shorting Shorting VSENSE− with GND internally Opening VSENSE− has no connection with GND internally Shorting Shorts VOUT and IOUT together. Opening VOUT and IOUT have no connection internally Shorting Clears to midscale Opening Clears to zero scale テスト さらに詳しくは テスト装置をセットアップした後、「VOUT」と記された CN3 ピンまたは「IOUT」と記された CN4 ピンを Agilent 34401A の入 力に接続します。Agilent 34401A の前面パネルのケーブル接続が、 入力信号の種類（電流または電圧）に応じて正しいかどうかを確 認してください。INL、DNL、総合誤差のテストにはかなり時間 がかかります。AD5660-1 の 16 ビット DAC レベルをすべてセッ トして、34401A で測定しなければならないからです。 CN-0202 Design Support Package: http://www.analog.com/CN0202-DesignSupport CD で提供されるソフトウェアを使って、PC で DAC コードを設 定することができます。コードを変化させてデータを解析するに は自動テスト・プログラムが必要です。自動テスト・プログラム は CD では提供されません。テスト・セットアップで使用する特 定のマルチメータの条件に合わせて、実装してください。 図 5 に示すテスト・システムの 34401A マルチメータの GPIB 出 力は、ナショナル・インスツルメントの GPIB–USB-B インター フェースとケーブルを使って PC の 2 番目の USB ポートに接続し ます。これにより各コードに対応したマルチメータの測定値が PC のエクセル・スプレッドシートにロードされます。次に業界 標準の定義を使って INL、DNL、総合誤差についてデータ解析を 行います。 測定データから INL、DNL、総合誤差を計算する方法と、使用す る定義については、AD5662 のデータシートの「用語の説明」と 次の資料を参照してください。Data Conversion Handbook, "Testing Data Converters," Chapter 5, アナログ・デバイセズ Analog Dialogue 43：PLC 評価用ボードによる産業用プロセス制 御システムの容易な設計 CN-0063 回路ノート：D/A コンバータ AD5662、デジタル・アイ ソレータ ADuM1401 と外部アンプを使った、完全絶縁の 16 ビット電圧出力モジュール回路 CN-0064 回路ノート：D/A コンバータ AD5662、デジタル・アイ ソレータ ADuM1401 と外部アンプを使った、完全絶縁の 16 ビット、4mA-20mA 出力モジュール回路 CN-0065 回路ノート：シングルチップ、電圧／電流出力の D/A コンバータ AD5422 とデジタル・アイソレータ ADuM1401 を 使った、完全絶縁の 16 ビット電圧出力モジュール回路 CN-0066 回路ノート：24 ビット ΣΔ 型 A/D コンバータ AD7793、 デジタル・アイソレータ ADuM5401 を用いた、完全絶縁の入 力モジュール回路 CN-0067 回路ノート：24 ビット ΣΔ 型 A/D コンバータ AD7793、 デジタル・アイソレータ ADuM5401 と高性能計装アンプを用 いた、完全絶縁の入力モジュール回路 CN-0097 Circuit Note : Simplified 12-Bit Voltage and 4 mA-to-20 mA Output Solution Using the AD5412 CN-0209 回路ノート：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 MT-031 Tutorial : Grounding Data Converters and Solving the Mystery of “AGND” and “DGND” Rev. 0 | Page 5 of 6 CN-0202 回路ノート MT-101 Tutorial : Decoupling Techniques 改訂履歴 Kester, Walt. Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning, Analog Devices, 1999, ISBN 0-916550-20-6 9/11—Revision 0: Initial Version Kester, Walt. Data Conversion Handbook , Chapter 5, Analog Devices. データシートと評価用ボード CN-0202 回路評価用ボード（EVAL-CN0202-SDPZ） CN09733-0-9/11(0)-J システム・デモ用プラットフォーム（EVAL-SDP-CB1Z） AD5750 データシート／評価用ボード AD5662 データシート／評価用ボード 「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。 Rev. 0 | Page 6 of 6