設計目標

設計の説明

一部の MSP430™ マイコン (MCU) は、オペアンプ、DAC、プログラマブル ゲイン段など、構成可能な統合型信号チェーン要素を内蔵しています。これらの要素は、スマート アナログ コンボ (SAC) というペリフェラルを形成しています。さまざまな種類の SAC の詳細や、構成可能アナログ シグナル チェーン機能を活用する方法については、『MSP430 マイコンのスマート アナログ コンボのトレーニング』をご覧ください。設計を開始するには、『半波整流回路の設計ファイル』をダウンロードしてください。

この高精度の半波整流器は、変動する入力信号 (正弦波が望ましい) の負側の半分だけを反転して出力に転送します。この回路は、複数のダイオードを適切に配置して、反転アンプ構成の MSP430FR2311 SAC_L1 オペアンプを使用します。MSP430FR2355 SAC_L3 ブロック内の内蔵 DAC を使用し、オペアンプの非反転端子にバイアス電圧を供給する方法で、統合をさらに進めることができます。帰還抵抗の値を適切に選択することで、各種のゲインを実現できます。高精度の半波整流器は一般に、DC 出力電圧を生成するため、ピーク検出器や帯域幅の制限された非反転アンプなど、他のオペアンプ回路とともに使用されます。SAC_L3 オペアンプの出力を、MSP430FR2355 内にある他の 3 つの SAC_L3 ブロックとカスケード接続する方法でアナログ シグナル チェーン機能を拡張すること、またはオンボード ADC を使用して直接サンプリングすること、あるいはオンボード コンパレータを使用して監視したうえでマイコン内部でさらに処理を進めることができます。この構成は、最高 50kHz の周波数で、0.2V_pp～2V_ppの範囲の正弦波入力信号に対して動作するよう設計されています。

設計手順

1. 半波整流器の目的のゲインを設定し、帰還抵抗を選択します。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{o}}=\mathrm{Gain}\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{i}}$
   $\mathrm{Gain}=-\frac{{\mathrm{R}}_{\mathrm{f}}}{{\mathrm{R}}_1}=-1$
   ${\mathrm{R}}_{\mathrm{f}}={\mathrm{R}}_1=2\times {\mathrm{R}}_{\mathrm{eq}}$
   • ここで、R_eq は R₁ と R_f の並列結合です。
2. オペアンプの電圧広帯域ノイズと比較して、抵抗のノイズが無視できるよう、抵抗を選択します。
   ${\mathrm{E}}_{\mathrm{nr}}=\sqrt{4\times {\mathrm{k}}_{\mathrm{b}}\times \mathrm{T}\times {\mathrm{R}}_{\mathrm{eq}}}$
   ${\mathrm{R}}_{\mathrm{eq}}\le \frac{{{\mathrm{E}}_{\mathrm{nbb}}}^2}{4\times {\mathrm{k}}_{\mathrm{b}}\times \mathrm{T}\times 3^2}=\left(\mathrm{Enbb}\right)$
   $=20\frac{\mathrm{nV}}{\sqrt{\mathrm{Hz}}}=\frac{{\left(20\times {10}^{-9}\right)}^2}{4\times 1.381\times {10}^{-23}\times 298\times 3^2}=2.7k\mathrm{\Omega }$
   ${\mathrm{R}}_{\mathrm{f}}={\mathrm{R}}_1\le 5.4k\mathrm{\Omega }\to 1k\mathrm{\Omega }\text{ (Standard Value)}$

設計シミュレーション

DC シミュレーション結果

過渡シミュレーション結果

ターゲット アプリケーション

• バッテリ チャージャ
• 波形生成器

参考資料

1. テキサス・インスツルメンツ、『MSP430 半波整流回路』、設計ファイル
2. テキサス・インスツルメンツ、『MSP430 MCU スマート アナログ コンボ トレーニング』、ビデオ

設計に使用されているオペアンプ

設計の代替オペアンプ

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