入力 | ADC 入力 | デジタル出力 ADS8568 |
---|---|---|
VinDiffMin = –8mV | CH_x = –10V | 8000H |
VinDiffMax = +22mV | CH_x = +10V | 7FFFH |
AVDD | Vee | Vdd | |
---|---|---|---|
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はできません。このリファレンス デザインでは、低レベルの非対称入力信号を増幅するためのゲインとオフセット シフトの設定方法の例を示します。また、高ゲインでは INA828 計装アンプの帯域幅が制限されるため、ADS8568 のフル サンプリング レートを達成できるように OPA827 オペアンプをバッファとして使用します。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。また、『バッファ付き計装アンプを使用した高電圧 SAR ADC 駆動回路』では、ユニティ ゲインでこの設計を分析しています。この回路は、高精度の信号処理とデータ変換が必要なとするすべての PLC ブリッジ トランスデューサとアナログ入力モジュールに適しています。
仕様 | 目標 | 計算結果 | シミュレーション結果 |
---|---|---|---|
過渡セトリング誤差 | > 0.5LSB (152µV) | NA | 0.36µV |
ノイズ | 1.1 mV | 1.14 mV | |
システム オフセット誤差 | 33.6 mV | NA | |
システム オフセット ドリフト | 334µV/°C | NA | |
システム ゲイン誤差 | 0.53% | NA | |
システム ゲイン ドリフト | 54.2ppm/°C | NA |
以下のグラフに、–10V~+10V の差動入力に対する出力の線形応答を示します。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。
この設計の帯域幅のシミュレーション結果は 14.8kHz であり、ゲインは 56.4dB (667.7V/V) です。RC フィルタ (fcRC = 15.9kHz) と計装アンプ (fcINA = 49.2kHz) の組み合わせにより、帯域幅制限が設定されます。
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』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 のノイズが支配的であるため、OPA827 のノイズは無視します。抵抗ノイズも 15.92kHz を上回る周波数では減衰するため、この計算では無視します。
計算結果とシミュレーション結果がよく一致していることに注意します (シミュレーション結果 = 563µVRMS、計算結果 = 595µVRMS)。この件の詳細については、『TI Precision Labs - Op Amps: Noise 4』を、データ コンバータのノイズについては『Calculating the Total Noise for ADC Systems』を参照してください。
計装アンプが高ゲインであるため、以下のオフセットおよびオフセット ドリフト計算では計装アンプが支配的になります。ゲイン誤差の計算には、ADC と計装アンプのゲイン誤差を含めます。オフセットおよびゲイン誤差については、室温での最大値を採用します。システムのゲインおよびオフセット誤差の詳細については、『Statistics Behind Error Analysis』を参照してください。
デバイス | 主な特長 | リンク | 他の使用可能デバイス |
---|---|---|---|
ADS8568 | 分解能 16 ビット、SPI、サンプル レート 500kSPS、シングルエンド入力、同時サンプリング、内蔵リファレンス、最大 ±12V の範囲をプログラム可能 | 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/√Hz、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/√Hz、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 |
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