乗算型 D/A コンバータ 柔軟性のあるビルディング・ブロック アナログ・デバイセズは、8/10/12/14/16 ビット乗算型 D/A コンバータ（DAC）の総合的なファミリー製品を提供しています。CMOS サブミクロン・ プロセスによって製造されたこれらの DAC は、優れた 4 象限乗算特性を発揮します。乗算型 DAC 製品の柔軟性と単純性によって、固定式であ れ可変式であれ広範な入力リファレンス・アプリケーションに最適なビルディング・ブロックが得られます。 これらの DAC は、最大 2.5 ∼ 5.5V の単電源で動作しますが、最大±18V の入力リファレンスに対応します。内蔵の帰還抵抗（RFB）と外付けの 高精度電流／電圧アンプを組み合わせれば、温度トラッキングに優れたフルスケールの電圧出力が可能になります。 アナログ・デバイセズは、高分解能の 14/16 ビット電流出力製品ラインを次のように刷新しました。 • 直線性の改善：±1LSB の INL 高精度16ビット、 ±1LSB INL • 可変リファレンス電圧乗算向けにアナログ THD、乗算フィードスルー の改善、高い乗算帯域幅性能 • 固定リファレンス電圧乗算向けにデジタル THD、ミッドスケール・グリッ チ、デジタル・フィードスルーの改善 性能が向上した AD55xx 製品によって、 アナログ・デバイセズは 8/10/12 ビッ ト AD54xx 電流出力 DAC ファミリーの定評ある性能を一段と高いものにし ました。アナログ設計者は、この最新の電流出力 DAC 製品によって、さら に広範な固定／可変リファレンス乗算アプリケーションに対応できるよう になります。 広い入力 リファレンス範囲 ±18V デジタル 入力 コード 低出力グリッチ・ インパルス1nV/s VREF 乗算型DAC 高速セトリング時間 0.1𝛍s 12MHz MBW 8∼16ビット 分解能 www.analog.com/jp/multiplyingDAC 乗算型 DAC 乗算型 DAC は、その柔軟性と単純性によって、広範なアプリケーションにご利用いただけます。個別の DAC とオペアンプを組み合わせる構成の 利点は、アプリケーションの条件に応じてオペアンプを選択できることです。乗算型 DAC は、固定の DC 電圧から波形を生成する固定リファレン ス・アプリケーションに最適なビルディング・ブロックです。AC や任意のリファレンス電圧をデジタル調整する可変リファレンス・アプリケーショ ンにも適しています。AD54xx と新しくなった AD55xx の乗算型 DAC ファミリーは、この 2 つのアプリケーション領域をターゲットに設計されてい ます。 乗算型 DAC は、所望の出力信号を生成するために便利な多数の追加機能を備えています。AD5405 や AD5545 などの一部の乗算型 DAC には多 目的のマッチング抵抗が内蔵されており、追加のオペアンプ（図 2 の A2）を接続するだけで、プラスリファレンスで正側出力が得られます。この 追加アンプには、デュアル・デバイスの一方のアンプを使用することができます。AD5546 や AD5544 などのファミリー製品には、ミッドスケー ルまたはゼロスケールにリセットする追加機能があり、バイポーラ・アプリケーションに最適です。このようなアプリケーションに必要なオペアン プは、高ゲイン帯域幅、高スルーレート、低ノイズなどの特定の仕様を基準にして選択することができます。 乗算型 AC／可変リファレンス・アプリケーション向け AD55xx DAC の主な利点 • 高い乗算帯域幅：信号はこの帯域まで 3dB 以上の減衰が無く乗算することができます。AD5544/AD5554 では、最大 12MHz まで信号を乗 算できます。図 1を参照してください。 • 低い乗算フィードスルー：この誤差は、DAC にオール 0 がロードされたときのリファレンス入力から DAC 出力までの容量性フィードスルーに起 因します。これは乗算された信号に含まれる可能性がある歪みの量ですが、AD5544 の場合は 100kHz で− 65dB という低さになります。 • 優れたアナログ THD：乗算された波形信号に含まれる高調波成分を数学的に示した値です。基本波値 V1 に対する DAC 出力の高調波（V2、 V3、V4、V5）の rms 和の比であり、次式で求めることができます。AD5543 の値はわずか−103dB です。 THD = 20 log V2 2 + V3 2 + V4 2 + V5 2 V1 (1) ACリファレンス VDD AD55xx VREF 0V C1 RFB IOUT1 A1 0V AGND SYNC SCLK SDIN 減衰したリファレンス AGND マイクロコントローラ C1 = 2 C0 1 × 2𝛑 × RFB GBW ここで、CO = DACの出力インピーダンス GBW = オペアンプのゲイン帯域幅積 図1. 乗算型DAC：可変リファレンス−正側リファレンス入力／負側出力の設定 アプリケーション・ノート AN-1094「乗算型 DAC ―固定リファレンスによる波形発生 アプリケーション」www.analog.com/jp/AN-1094 回路ノート CN-0025「AD5546/AD5556 乗算 DAC を用いた 高精度、AC リファレンス信号減衰回路」 www.analog.com/jp/CN0025 A2 C2 ACリファレンス RCOM VREF ROFS R1 VDD AD55xx 0V SYNC SCLK SDIN RFB C1 IOUT1 減衰したリファレンス A1 AGND 0V AGND マイクロコントローラ 図2. 乗算型DAC：可変リファレンス−正側リファレンス入力／正側出力の設定 *UNCOMMITTED RESISTOR VERSIONS ONLY 2 | 乗算型 D/Aコンバータ 乗算型 DC リファレンス・アプリケーション向け AD55xx DAC の主な利点 • 高速セトリング時間：AD55xx は、ゼロスケールからフルスケールまで±0.1％以内で 0.5μ s のセトリング時間を実現します。AD54xx は、ゼ ロスケールからフルスケールまで±0.1％以内で 0.1μ s 未満のセトリング時間になります。 • 高スルーレート：AD54xx および AD55xx ファミリーの高速スイッチング・アーキテクチャによって、100V/μ s を超えるスルーレートのオペアン プであれば DAC 性能が制限されることはありません。 • 低グリッチ：電流がグラウンドまたは仮想グラウンドに導かれるため、R2R 構造ではグリッチが小さくなります。最悪時はミッドスケール・グ リッチですが、AD55xx デバイスでは−1nV/s という低さを示します。 • 低ノイズ：AD54xx および AD55xxI OUTDAC ファミリーは、低インピーダンス・アーキテクチャを使用しています。主なノイズは RDAC 抵抗の熱 ノイズのみという本質的に低ノイズのアーキテクチャです。 VDD +VE VREF VREF C1 RFB AD55xx 0V IOUT1 生成された 波形 A1 AGND 0V SYNC SCLK SDIN AGND マイクロコントローラ 図3. 乗算型DAC：固定リファレンス−ユニポーラ動作 アプリケーション・ノート AN-1085「乗算型 DAC ― AC／任意リファレンス・アプリケーション」 www.analog.com/jp/AN-1085 R3 10k𝛀 R5 10k𝛀 R2 VDD +VE VREF R1 0V VREF C1 RFB AD55xx IOUT1 A1 AGND 生成された 波形 R4 5k𝛀 A2 0V SYNC SCLK SDIN AGND マイクロコントローラ 注 1. R1とR2は、ゲイン調整が必要な場合のみ使用します。コード10000000をDACにロードし、 R1をVOUT = 0Vに調整してください。 2. 抵抗ペアR3とR4には、マッチングとトラッキングが必要です。 図4. 乗算型DAC：固定リファレンス−バイポーラ動作 回路ノート CN-0028「D/A コンバータ AD5547/AD5557 を用いた、高精度、 バイポーラ出力構成回路」 www.analog.com/jp/CN0028 www.analog.com/jp/multiplyingDAC | 3 IOUT ファミリー製品の推移 AD5543/AD5544/AD5545/ AD5546/AD5547 16ビット、1LSB、 シングル／デュアル／クワッド・チャンネル SPI／パラレル ＞10MHzの乗算帯域幅 14ビット、1LSB、 シングル／デュアル／クワッド・チャンネル SPI／パラレル ＞10MHzの乗算帯域幅 分解能 AD5553/AD5554/ AD5555/AD5556/AD5557/ AD5453/AD5446 AD5415/ AD5441/AD5443/AD5444/ AD5445/AD5447/AD5449/ AD5452/AD5405 AD5450/AD5451/ AD5424/AD5425/AD5426/ AD5428/AD5429/ AD5433/AD5440 12ビット、シングル／デュアル・チャンネル SPI／パラレル ＞10MHzの乗算帯域幅 LFCSP/MSOP/TSSOP 8/10ビット、シングル／デュアル・チャンネル SPI／パラレル ＞10MHzの乗算帯域幅 MSOP/TSSOP AD54xx AD55xx AD5543 の仕様 AD5544 の仕様 • シングル・チャンネル • クワッド・チャンネル • 16 ビット分解能 • 16 ビット分解能 • ± 1LSB の DNL • ± 1LSB の DNL • ± 1LSB の INL • ± 1LSB の INL • 低ノイズ：12nV/ √ Hz • 2mA のフルスケール電流、V REF=±10V で±20％ • 低消費電力：I DD=10μ A • ± 0.1％まで 0.9μ s のセトリング時間 • 0.5μ s のセトリング時間 • 12MHz の乗算帯域幅 • 7MHz の乗算帯域幅 • ミッドスケール・グリッチ：−1nV/sec • アナログ THD：−103dB • ミッドスケールまたはゼロスケール・リセット • 2mA のフルスケール電流、V REF=10V で±20％ • 4 つの独立した 4 象限乗算リファレンス入力 • 電流／電圧変換用のフィードバック抵抗内蔵 • SPI 互換、3 線式インターフェース • SPI 互換、3 線式インターフェース • 同時マルチチャンネル変更 • 温度範囲：− 40 ∼＋125℃ • 温度範囲：− 40 ∼＋125℃ • 超小型の 8 ピン MSOP および 8 ピン SOIC パッケージ • 小型の 28 ピン SSOP、5mm×5mm、32 ピン LFCSP 4 | 乗算型 D/Aコンバータ アプリケーション 低ノイズ LED 制御 マイクロコントローラ ADC DAC制御 A C1 RFB IOUT1 A1 AGND VDD AD55xx フォトダイオード ＋ I/Vアンプ VREF LPF AGND モータの高速セトリング・ランプ制御 VDD VREF C1 RFB AD55xx IOUT1 A1 AGND モータ制御 SYNC SCLK SDIN AGND 質量分析計 マイクロコントローラ ADC ディテクタ＋シグナル・ コンディショニング 1 CH1 200mV M400ns A CH1 412mV アナログ・デバイセズの「CircuitsfromtheLab ™／実用回路集」は、一般的な数多くのアプリケーション のために動作確認済み回路ソリューションを提供する新しい設計支援リソースです。ADC とアンプなど補 完する 2 つ以上の部品を組み合わせ、ターゲットのアプリケーション向けに最適化した回路を提示します。 各回路はラボで構築され、 動作確認も済んでいるため、 簡単に設計に取り入れることができます。これによっ て設計のリスクが低減し、製品化までの時間が短縮します。 各実用回路には回路ノートの文書が付属しており、回路の機能、利点、実装について、一般的なバリエーションも 紹介しながら詳しく説明します。 乗算型 DAC の設計についても、右記の URL からご検索ください。www.analog.com/jp/circuits www.analog.com/jp/multiplyingDAC | 5 アプリケーション シングルエンド／差動変換コンデショニング A2 C2 RCOM ACリファレンス VREF ROFS R1 差動出力電圧 A1 AGND 1.5V C1 IOUT1 AD55xx VDD 1.5V A3 RFB SYNC SCLK SDIN AGND 1.5V A4 1.5V マイクロコントローラ *中立状態の抵抗器バージョン 回路ノート CN-0143「AD8042 オペアンプを使用した電圧出力／ 電流出力 DAC 向けのシングルエンド／差動コンバータ」 www.analog.com/jp/CN0143（英語のみ） 高速セトリング・ランプの生成とオフセット制御 RFBA 生成された波形 AD5545 16ビット ADR423 3.0V VREFA C1 オフセット DAC IOUTA A1 0V VDD AD5621 12ビット VOUT VREFB AWG DAC IOUTB AGND アナログ・デバイセズの乗算型 DAC 製品群の詳細については、 www.analog.com/jp/multiplying DAC をご覧ください。 6 | 乗算型 D/Aコンバータ 乗算型 DAC 製品番号 ビット 出力 インター フェース パッケージ AD5424 8 1 パラレル 16 ピン TSSOP、20 ピン LFCSP AD5426 8 1 SPI 10 ピン MSOP ＞10MHzBW、±10V信号、AD5425高速負荷も参照 AD5450 8 1 SPI 8 ピン SOT-23 小型SOT-23パッケージ、AD5425高速負荷も参照、 ピン／ソフトウェア互換ファミリー、12MHzの更新レート AD5425 8 1 SPI、 8ビット負荷 10 ピン MSOP ＞10MHzBW、±10V信号、AD5426も参照 AD5428 8 2 パラレル 20 ピン TSSOP ＞10MHzBW、±10V信号 AD5429 8 2 SPI 16 ピン TSSOP ＞10MHzBW、±10V信号 AD5433 10 1 パラレル 20 ピン TSSOP、20 ピン LFCSP ＞10MHzBW、±10V信号 AD5432 10 1 SPI 10 ピン MSOP ＞10MHzBW、±10V信号 AD5451 10 1 SPI 8 ピン SOT-23 小型SOT-23パッケージ、ピン／ソフトウェア互換ファミリー AD5439 10 2 SPI 16 ピン TSSOP ＞10MHzBW、±10V信号 AD5440 10 2 パラレル 24 ピン TSSOP ＞10MHzBW、±10V信号 AD5445 12 1 パラレル 20 ピン TSSOP、20 ピン LFCSP ＞10MHzBW、±10V信号 AD5443 12 1 SPI 10 ピン MSOP ＞10MHzBW、±10V信号 AD5452 12 1 SPI 8 ピン SOT-23、8 ピン MSOP DAC8043A 12 1 SPI 8 ピン TSSOP AD5441 12 1 SPI 8 ピン LFCSP、8 ピン MSOP AD5444 12 1 SPI 10 ピン MSOP AD5443の高精度バージョン、AD5452も参照 AD5447 12 2 パラレル 24 ピン TSSOP ＞10MHzBW、±10V信号 40 ピン LFCSP ＞10MHzBW、±10V信号、中立状態の抵抗器 備考 ＞10MHzBW、±10V信号 12MHzBW、小型SOT-23パッケージ、ピン／ソフトウェア互換 ファミリー ＞2MHz帯域幅、AD5443を参照、AD5452とAD5444も参照 低ノイズ、1LSB、1μ sセトリング時間、LDACピン、 DAC8043Aへのアップグレード AD5405 12 2 パラレル AD5449 12 2 SPI 16 ピン TSSOP ＞10MHzBW、±10V信号 AD5415 12 2 SPI 24 ピン TSSOP ＞10MHzBW、±10V信号、中立状態の抵抗器 ±1LSB、6MHzBW、±15V信号 AD5556 14 1 パラレル 28 ピン TSSOP AD5453 14 1 SPI 8 ピン SOT-23、8 ピン MSOP 小型SOT-23パッケージ、ピン／ソフトウェア互換ファミリー AD5553 14 1 SPI 8 ピン MSOP、8 ピン SOIC_N 4MHzBW、±15V信号 AD5446 14 1 SPI 10 ピン MSOP AD5453のMSOPバージョン、AD5443、AD5432、 AD5426と互換 AD5557 14 2 パラレル 38 ピン TSSOP ±1LSB、6MHzBW、±15V信号 AD5555 14 2 SPI 16 ピン TSSOP ±1LSB、6MHzBW、±15V信号 AD5554 14 4 SPI 28 ピン SOP ±1LSB、12MHzBW、±15V信号 AD5546/ AD5546A 16 1 パラレル 28 ピン TSSOP ±1LSB、6MHzBW、±15V信号 AD5543 16 1 SPI 8 ピン MSOP、8 ピン SOIC_N ±1LSB、6MHzBW、±15V信号 AD5547 16 2 パラレル 38 ピン TSSOP ±1LSB、6MHzBW、±15V信号 AD5545 16 2 SPI 16 ピン TSSOP ±1LSB、6MHzBW、±15V信号 AD5544 16 4 SPI 28 ピン SSOP、32 ピン LFCSP ±1LSB、12MHzBW、±15V信号 www.analog.com/jp/multiplyingDAC | 7 オペアンプの選択 乗算型 DAC ソリューションの性能は、選択したオペアンプの電流／電圧変換性能に大きく依存します。信号の DC 精度を維持するには、DAC 出 力の最小分解能でも対応できるように低バイアス電流と低オフセット電圧のオペアンプを選択することが重要です。詳細については、乗算型 DAC のデータシートを参照してください。 比較的高速の AC 信号または任意の信号を乗算しなければならないアプリケーションの場合、オペアンプによって出力信号が劣化しないように、 高帯域幅／高スルーレートのオペアンプが必要です。オペアンプのゲイン帯域幅積（GBW ）は、帰還抵抗における帰還負荷によって制限され ます。必要な GBW を判断するには、ゲインの設定に気を付ける必要があります。ゲインが高いほど、帯域幅は低くなります。目安としては、−1 のゲイン設定に対して所望の周波数の 10 倍の帯域幅で十分と考えられます。 オペアンプのスルーレート仕様も、気を付けないと乗算型 DAC を制限することがあります。目安としては、AD54xx および AD55xxDAC ファミ リーの場合、一般に 100V/μ s のスルーレートのオペアンプであれば十分です。 次のセレクション・テーブルは、乗算アプリケーションに使用できるオペアンプの一覧です。 高精度アプリケーション向けのオペアンプ 製品番号 電源電圧 （V） 最大 VOS （𝛍V） 最大 IB （nA） 0.1 ∼ 10Hz ノイズ （𝛍V p-p） 電源電流 （𝛍 A） パッケージ ± 2 ∼±20 25 0.1 0.5 600 8 ピン SOIC、8 ピン PDIP OP1177 ± 2.5 ∼ ±15 60 2 0.4 500 8 ピン MSOP、8 ピン SOIC AD8675 ± 5 ∼ ±18 75 2 0.1 2300 8 ピン MSOP、8 ピン SOIC AD8671 ± 5 ∼ ±15 75 12 0.077 3000 8 ピン MSOP、8 ピン SOIC ADA4004-1 OP97 ± 5 ∼ ±15 125 90 0.1 2000 8 ピン SOIC、5 ピン SOT-23 AD8607 1.8 ∼ 5 50 0.001 2.3 40 8 ピン MSOP、8 ピン SOIC AD8605 2.7 ∼ 5 65 0.001 2.3 1000 5 ピン WLCSP、5 ピン SOT-23 AD8615 2.7 ∼ 5 65 0.001 2.4 2000 5 ピン TSOT AD8616 2.7 ∼ 5 65 0.001 2.4 2000 8 ピン MSOP、8 ピン SOIC 高速アプリケーション向けのオペアンプ 製品番号 電源電圧 （V） − 3dB BW （MHz） スルーレート （V/𝛍 s） 最大 VOS （𝛍V） 最大 IB （nA） パッケージ AD8065 5 ∼ 24 145 180 1500 0.006 8 ピン SOIC、5 ピン SOT-23 AD8066 5 ∼ 24 145 180 1500 0.006 8 ピン SOIC、8 ピン MSOP AD8021 5 ∼ 24 490 120 1000 10,500 8 ピン SOIC、8 ピン MSOP AD8038 3 ∼ 12 350 425 3000 750 8 ピン SOIC、5 ピン SC70 ADA4899 5 ∼ 12 600 310 35 100 8 ピン LFCSP、8 ピン SOIC AD8057 3 ∼ 12 325 1000 5000 500 5 ピン SOT-23、8 ピン SOIC AD8058 3 ∼ 12 325 850 5000 500 8 ピン SOIC、8 ピン MSOP AD8061 2.7 ∼ 8 320 650 6000 350 5 ピン SOT-23、8 ピン SOIC AD8062 2.7 ∼ 8 320 650 6000 350 8 ピン SOIC、8 ピン MSOP AD9631 ± 3 ∼±6 320 1300 10,000 7000 8 ピン SOIC、8 ピン PDIP アナログ・デバイセズ株式会社 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 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 お問い合わせは… www.analog.com/jp/contact ©2010 Analog Devices, Inc. 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