マルチプレクサ内蔵 ADC の駆動を容易にする低電力、 高精度オペアンプ デザインノート1034 Guy Hoover はじめに 最新の 16 ビット /18 ビット、アナログ / デジタル・コ ンバータ（ADC）をバッファリングするために必要な高 速オペアンプは、通常、ADC 自体と同じくらいの電力 を消費します。また、多くの場合、オペアンプの最大 オフセット仕様は約 1mV と、ADC をはるかに超えま す。複数のマルチチャネル ADC が必要な場合、電力 損失はあっという間に許容できないレベルまで跳ね上 がります。 本稿に示すシンプルなバッファは、8 チャネル ADC の LTC®2372-18 を駆動し、関連する入力信号が DC ～ 1kHz の範囲内であれば、データシート値に近い SNR、THD、オフセット性能を、非常に低い電力損失 で実現します。 回路の説明 LTC2372-18 は、低ノイズの 500ksps、8 チャネル 18 ビット逐次比較レジスタ（SAR）ADC です。5V の 単電源から動作した場合、LTC2372‑18 は、わずか 27mW（標準）の電力消費で、±11LSB のオフセット （最大）で、–110dB THD（標準）、100dB（完全差 動）/95dB（擬似差動）SNR（標準）を達成します。 LT®6016 は、入力オフセット電圧が 50µV 未満（最 大 ）、1 アンプ 当たりの 消 費 電 流が わずか 315µA （標準）のデュアル・レール・トゥ・レール入力オペア ンプです。シングルおよびクワッドの製品もあります （LT6015/LT6017）。 図 1 の回路は、LTC2372-18 のアナログ入力を駆動 する非反転バッファとして構成された LT6016 オペア ンプを示しています。各オペアンプの標準消費電力は わずか 3.7mW です。8 つのチャネルすべてを合わせ ても、電力消費はわずか 30mW で、ADC とほぼ同 じ程度の電力消費です。LT6016 を 5.25V の単電 源で駆動し、ADC のデジタル利得圧縮モードを有効 にすると、SNR が少し低下する代わりに、オペアンプ 全体の電力消費を半分以下の 13mW に削減します。 バッファ出力の RC フィルタは、LT6016 のノイズ寄 与を最小限に抑え、マルチプレクサと入力サンプリン グ・コンデンサによって発生するサンプリング・トラン ジェントの効果を軽減します。 L、LT、LTC、LTM、Linear Technology および Linear の ロゴ は、 リニアテクノロジー社の登録商標です。その他すべての商標の所有権は、 それぞれの所有者に帰属します。 8V 0.1µF 4.096V 5V 1.8V TO 5V 0V + 4300pF 4.096V + 91Ω 0V 4.096V 0V 2.048V MUXOUT– LT6016 – CH0 CH1 CH2 CH3 MUX CH4 CH5 CH6 CH7 COM 4300pF –3.6V 0.1µF VDD 0.1µF VDDLBYP OVDD LTC2372-18 + 18-BIT SAMPLING ADC – ADCIN– 0V 91Ω 2.2µF ADCIN+ 4.096V – MUXOUT+ 0V 10µF REFBUF 47µF REFIN 0.1µF GND RESET RDL SDO SCK SDI BUSY CNV DN1034 F01 COM = GND OR REFBUF/2 図 1．8 チャネル SAR ADC、LTC2372-18 を駆動する LT6016 バッファ 10/15/DN1034f SAMPLE CLOCK 回路の性能 図 1 の 回 路 に よって 完 全 差 動 で 駆 動 さ れ る LTC2372‑18 の 32768 ポイント FFT を図 2 に示し ます。400ksps 時 の THD は –114dB で、SNR は 98.5dBFS です。 これは、LTC2372-18 の 標 準 的 な仕様に匹敵します。 0 AIN = –1dBFS fS = 400ksps fIN = 1kHz THD = –114dB SNR = 98.5dB –20 AMPLITUDE (dBFS) –40 –60 LTC2372-18 の擬似差動モードと完全差動モードの 両方について、デジタル利得圧縮をオン、オフにし たときの THD とサンプリング・レートの関係を図 4 に示します。ここで、THD は、擬似差動モードでは 300ksps 以降 –110dB より大きくなり、 完全差動モー ドでは 400ksps 以降 –115dB より大きくなります。 デジタル利得圧縮は、THD の性能には少しの影響し かありません。 完全差動モードでは、LTC2372-18 の最大サンプリング・レートの 500ksps に至るまで、 THD は –100dB より悪くなることはありません。 –80 –80 –100 –90 –120 THD (dB) –160 0 –120 –125 図 5 は、デジタル利得圧縮がオフ、擬似差動モードの ときのバッファおよび ADC の合計オフセット誤差とサ ンプリング・レートの関係を示しています。オフセットは 最初 3LSB 未満で、サンプリング・レートが 400ksps になるまで劣化しません。 20 98 18 96 16 94 14 90 88 12 10 8 6 86 fIN = 1kHz AIN = –1dBFS R = 91Ω C = 4300pF 84 82 0 100 PD FD FD GC PD GC 200 300 400 SAMPLING RATE (ksps) 500 DN1034 F03 図 3．図 1 の回路を使った、擬似差動（PD）モード および完全差動（FD）モードにおける SNR と サンプリング・レート 10/15/DN1034f 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 SAMPLING RATE (ksps) DN1034 F04 100 92 0 図 4．図 1 の回路を使った、利得圧縮（GC） あり / なしの擬似差動（PD）、完全差動（FD） THD とサンプリング・レート OFFSET (LSB) SNR (dBFS) –105 –115 図 2．図 1 の回路を使った 32768 ポイントの FFT LTC2372-18 の擬似差動モードと完全差動モードの 両方について、デジタル利得圧縮をオン、オフにした ときの SNR とサンプリング・レートの関係を図 3 に示 します。デジタル利得圧縮がオフのとき、LT6016 の 電源電圧は +8V/–3.6V です。デジタル利得圧縮が オンのとき、LT6016 は 5V の単電源で動作します。 全モードにおける 500ksps までの SNR はほぼ平坦 で、デジタル利得圧縮がオフのとき 94dBFS（擬似差 動）/98.5dBFS（完全差動）、デジタル利得圧縮がオ ンのとき、92.1dBFS（擬似差動）/96.6dBFS（完全 差動）です。 –100 –110 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 FIN (kHz) DN1034 F02 80 PD FD FD GC PD GC –95 –140 –180 fIN = 1kHz AIN = –1dBFS R = 91Ω C = 4300pF –85 4 2 0 0 100 200 300 400 SAMPLING RATE (ksps) 500 DN1034 F05 図 5．図 1 の回路を使った、擬似差動モードに おけるオフセット誤差とサンプリング・レート THD (dB) 400ksps のサンプリング・レートに対する歪みと入力 まとめ 周波数を図 6 に示します。1kHz より高い周波数では、 18 ビ ット、500ksps、8 チ ャ ネ ル SAR ADC の すべてのモードにおいて歪みが大きくなります。 LTC2372-18 を駆動する、非反転バッファとして構成 された LT6016 低電力高精度デュアル・オペアンプ –80 について説明しました。ドライバの消費電力は、1 オ PD fSMPL = 400ksps FD ペアンプ当たり （標準）わずか 3.7mW です。これは、 AIN = –1dBFS –85 FD GC R = 91Ω デジタル利得圧縮モー ドの ADC を使用して 5V の単 PD GC –90 C = 4300pF 電源で動作することで、1.6mW に削減できます。 –95 –100 –105 –110 –115 –120 100 1k INPUT FREQUENCY (Hz) 10k DN1034 F06 300ksps 未満のサンプリング・レートで、SNR の測 定値は、利得圧縮オフで 94dB（擬似差動）/98.5dB （完全差動）、利得圧縮オンで 92.1dBFS（擬似差 動）/96.6dBFS（完全差動）で、THD の測定値はデ ジタル利得圧縮がオンでもオフでも –110dB（擬似差 動）/–115dB（完全差動）です。オフセットの測定値は、 利得圧縮がオフのとき、3LSB 未満（擬似差動）です。 300ksps より 上 で は、LTC2372-18 の 500ksps の最大サンプリング・レートに達するまで、性能は徐々 に低下していきます。 図 6．図 1 の回路の歪みと入力周波数 データシートのダウンロード www.linear-tech.co.jp/LTC2372-18 リニアテクノロジー株式会社 102-0094 東京都千代田区紀尾井町 3-6 紀尾井町パークビル 8F TEL(03)5226-7291 FAX(03)5226-0268 http://www.linear-tech.co.jp DN1034f LT 1015 • PRINTED IN JAPAN © LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2015
© Copyright 2024 ExpyDoc
