JAJA566B February 2018 – September 2024 ADC122S021 , ADC122S051 , ADC122S051Q-Q1 , ADC122S101 , LM35 , LMP7715 , LMP7721
入力 | ADC 入力 | デジタル出力 ADC122S021 |
---|---|---|
VinMin = 0.03V | IN1 = 0.14 | 115 = 0x073 |
VinMax = 1.07V | IN1 = 4.88 | 3998 = 0xF9E |
VinMin = 0V | IN2 = 0 V | 0 = 0x000 |
VinMax = 1V | IN2 = 1 V | 819 = 0x333 |
電源 | ||
---|---|---|
V+、VA | V- | |
5 V | 0 V |
この設計は、SAR ADCの駆動に使用する低Ibias (入力バイアス電流)アンプを示しています。誤差を最小限に抑えるため、出力インピーダンスが高いセンサには入力バイアス電流の小さいアンプが必要です。このようなセンサを使用する用途には、ガス検知器、血液ガス分析装置、空気質検出器などがあります。この設計ではセンサにpHプローブを使用します。pHプローブの出力インピーダンスは10MΩから1000MΩまであります。出力インピーダンスが 10MΩ の pH プローブを、入力バイアス電流が 3nA のオペアンプとともに使用すると、オペアンプの入力バイアス電流による誤差は 30mV になります。「部品選定」に述べる入力信号振幅とゲインを採用すると、この 30mV は約 2.9% の誤差に相当します。入力バイアス電流が3fAのオペアンプを使用した場合、誤差は30nVに低減します。
pHセンサの出力は急激には変化しないため、低速のADCを使用できます。pH センサの値は温度の変化に伴って変動することから、1 つのチャネルを温度監視に使用できるよう、2 チャネルの ADC を選定しました。この設計で使用するADC122S021は、2チャネル、12ビット、最高200kspsのサンプリング レートのADCです。
仕様 | 計算結果 | シミュレーション結果 | 測定結果 |
---|---|---|---|
Ibias | 20fA | 118fA | 20fA |
以下のグラフは、LMP7721へのpHセンサ入力、ガード電圧、LMP7721出力を示しています。このデータは100℃のもので、pHセンサ出力の出力振幅は最大になっています。
低Ibias回路ではPCBレイアウトが極めて重要です。2 つの配線の間に電位差があると、リーク電流が発生します。このためガード パターンを配置します。ガード パターンを入力電圧に近い電圧に設定して、LMP7721の入力と外界の間のリーク電流を最小限に抑えます。LMP7721には2つの未使用ピン(ピン2および7)があるため、これを使用してガード パターンを簡単にレイアウトできます。
以下の画像はレイアウト例を示しています。pHセンサの出力とLMP7721の+IN入力を、入力電圧に近いガード パターンで回路の残りの部分から分離します。これにより LMP7721 の入力で生じるリーク電流を最小限に抑制できます。pHセンサのバイアスはガードの外側に配置します。バイアス点と回路の残りの部分の間に生じるリーク電流は重要ではありません。ガード パターン内の領域はソルダ レジストで覆わないでください。基板底面の GND プレーンまたはその他の内部プレーンが存在する場合、ガード領域の下をそれらのプレーンの「キープアウト」(配置禁止) 領域にする必要があります。
デバイス | 主な特長 | リンク | 類似デバイス |
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ADC122S021 | 12ビット、SPI、2チャネル、50ksps~200ksps、シングルエンド入力 | www.ti.com/product/adc122s021 | www.tij.co.jp/adcs |
LMP7721 | 超低入力バイアス電流: 3fA、規定制限: ±20fA (25℃時)、オフセット電圧: ±26µV、GBW: 17MHz | www.ti.com/product/lmp7721 | www.tij.co.jp/opamps |
LMP7715 | 入力オフセット電圧: ±150µV、入力バイアス電流: 100fA、入力電圧ノイズ: 5.8nV/√Hz、ゲイン帯域幅積: 17MHz | www.ti.com/product/lmp7715 | www.tij.co.jp/opamps |
LM35 | 摂氏 (℃) 温度に直接較正、リニア + 10mV/℃の温度係数、25℃で 0.5℃の保証精度、-55℃~150℃の温度範囲 | www.ti.com/product/lm35 | www.tij.co.jp/temperature |
テキサス・インスツルメンツの総合的な回路ライブラリについては、『アナログ エンジニア向け回路クックブック』を参照してください。