入力 | ADC 入力 | デジタル出力 ADS7042 |
---|---|---|
VinDiffMin = –10V | CH_x = –10V | 8000H |
VinDiffMax = +10V | CH_x = +10V | 7FFFH |
AVDD | DVDD | HVDD (VCC) | HVSS (VEE) |
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5.0 V | 3.3 V | +15 V | -15 V |
計装アンプは低ノイズ、低オフセット、低ドリフト、高 CMRR、高精度のために最適化されています。しかし、これらのアンプで高精度 ADC を駆動した場合、高精度 ADC のアクイジション時間内に信号を適切に整定させることができない場合があります。このリファレンス デザインでは、広帯域幅バッファ (OPA827) と計装アンプを組み合わせることで、より高いサンプリング レートで良好なセトリングを達成する方法を説明します。このバッファ付き INA828 計装アンプは、ADS8568 SAR ADC を駆動して、同相電圧範囲の広い高電圧完全差動信号または最大 ±10V のバイポーラ シングルエンド信号のデータ キャプチャを実行します。関連クックブックの回路で、広帯域幅バッファを使用しない簡単な方法を示していますが (『計装アンプを使用した高電圧 SAR 駆動回路』)、本書のバッファ付きの設計に比べるとサンプリング レートが制限されます。この回路は、高精度の信号処理とデータ変換を必要とする産業用輸送およびアナログ入力モジュールに適用できます。
仕様 | 目標 | 計算結果 | シミュレーション結果 |
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過渡セトリング誤差 | < 1/2LSB (< 152µV) | NA | –346nV |
ADC 入力でのノイズ | < 20µVRMS | 47.2µVRMS | 46µVRMS |
以下のグラフに、–12.2V~+12.2V の差動入力に対する出力の線形応答を示します。ADC の入力電圧範囲は ±10V であるため、アンプは必要な範囲を優に超えて直線性を維持しています。この件の詳しい理論については、『計測アンプ使用時の逐次比較型 (SAR) ADC の線形範囲の決定』を参照してください。ADC の入力電圧範囲 (FSR) は計装アンプの線形範囲内に収まっています。
このシステムの帯域幅のシミュレーション結果は 167kHz であり、ゲインは 0dB です。OPA827 と INA828 の間に入れたフィルタによって、帯域幅は約 167kHz に制限されます。
OPA827 バッファ (22MHz GBW) を使用する理由は、ADS8568 における電荷のキックバックによる急激な過渡事象に応答できるためです。オペアンプ バッファにより、システムは ADS8568 の最高サンプリング レート 510kSPS を達成できます。以下のシミュレーションは、INA828 および OPA827 バッファと ADS8568 によるフルスケール DC 入力信号のセトリングを示しています。このようなシミュレーションは、目標の ½ LSB (152µV) を満たすようにサンプル/ホールド キックバック回路が適正に選定されていることを示します。この件の詳しい理論については、『Introduction to SAR ADC Front-End Component Selection』トレーニング ビデオ シリーズを参照してください。
このセクションでは、概算のための簡易なノイズ計算を示します。INA828 と OPA827 の両方のノイズを含めています。計装アンプとオペアンプの間の RC フィルタにより総ノイズが大幅に低減されることに注意します。OPA827 の帯域幅限界 (22MHz) と電荷バケツ フィルタのカットオフ周波数 (10.2MHz) が近いため、出力フィルタの極は 2 次フィルタとして推定しています。
計算結果とシミュレーション結果はよく一致していることに注意します (計算結果 = 47.2µV、シミュレーション結果 = 46µV)。アンプ ノイズの計算の詳しい理論については TI プレシジョン ラボを、データ コンバータのノイズについては『Calculating Total Noise for ADC Systems』を参照してください。
デバイス | 主な特長 | リンク | 類似デバイス |
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ADS8568 | 16 ビット、8 チャネル同時サンプリング、バイポーラ入力 SAR ADC | 16 ビット、8 チャネル、同時サンプリング、バイポーラ入力 SAR A/D コンバータ (ADC) | A/D コンバータ (ADC) |
INA828 |
帯域幅 1MHz (G = 1)、低ノイズ 18nV/rtHz、低オフセット ±40μV、低オフセット ドリフト ±0.4μV/℃、低ゲイン ドリフト 0.1ppm/℃ (標準値) |
50μV オフセット、7nV/√Hz ノイズ、低消費電力、高精度計測アンプ | 計測アンプ |
OPA827 | ゲイン帯域幅 22MHz、低ノイズ 4nV/rtHz、低オフセット ±75μV、低オフセット ドリフト ±0.1μV/℃ (標準値) | 低ノイズ、高精度、JFET 入力オペアンプ | オペアンプ |
テキサス・インスツルメンツ、SBAA286 用のソース ファイル、サポートソフトウェア