advertisement デジタル PWM 信号からの、高精度、高速セトリングなアナログ電圧生成デザインノート538 Mark Thoren および Chad Steward 共著はじめにウン状態に移行する必要がある場合はこれが問題になる可能性があります。 PWM（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）は、マイクロコントローラや FPGA などのデジタル・デバイスからアナ PWM/アナログ変換の欠点を改善ログ電圧を作り出すための一般的な技法です。ほとんどのマこれらの欠点を改善する試みを図 2 に示します。出力バッイクロコントローラには専用の PWM 生成ペリフェラルが組みファにより、高インピーダンスのフィルタ抵抗が使用可能にな込まれており、わずか数行の RTL コードにより、FPGA からると同時に、低インピーダンスのアナログ出力が提供される PWM 信号を生成できます。これは、アナログ信号のパフォーようになります。高精度リファレンスにより駆動される外部のマンス要件が特に厳しくない限りは、単純かつ実践的な技法 CMOS バッファを使用することで、利得が正確になります。 2 です。必要な出力ピンは 1 つだけで、 SPI や I C インターフェこの高精度リファレンスは、 PWM 信号がグランドと正確な “H” イスを使用する DAC（Digital-to-Analog Converter：デレベルとの間で振幅するよう設定されます。この回路は実現ジタル /アナログ変換器）と比較して、コードのオーバーヘッ可能ですが、部品点数が多くなり、1.1 秒のセトリング時間をドも非常にわずかです。標準的応用例を図 1 に示します。短縮する方法がなく、連続的な PWM 信号を送り続ける以外デジタル出力ピンにフィルタを使用することで、アナログ電圧にはアナログ値を「保持」する方法がありません。が生成されます。 20MHz CLOCK 12-BIT PWM µC 5kHz PWM ANALOG VOLTAGE OUTPUT PRECISION REFERENCE 20MHz CLOCK 1.2Hz FILTER 12-BIT PWM µC DN538 F01 図 1． PWM/アナログ変換 – + 100k 5kHz PWM CMOS BUFFER 1.3µF RLOAD 1LSB RIPPLE 1.1 SECOND SETTLING この構成には多くの欠点があることは、それほど深く分析しなくても明らかです。12 ビットのアナログ信号は、理想的に図 2．欠点を改善した PWM/アナログ変換はリップルが LSB 未満であるべきで、5kHz の PWM 信号の場合には 1.2Hz のローパス・フィルタが必要です。電圧出力のインピーダンスはフィルタ抵抗によって決定され、フィ PWM/アナログ変換の問題を解消ルタ・コンデンサを妥当なサイズに抑えるには、この抵抗は LTC2644 および LTC2645 は、 PWM 入力 /電圧出力のデュ非常に大きくなることがあります。このため、出力は高インアルおよびクワッドの DAC で、10ppm/℃のリファレンスをピーダンスの負荷の駆動のみに使用する必要があります。内蔵し、デジタル PWM 信号から真の 8、10、または 12 ビッ PWM/アナログ変換の伝達関数の勾配（利得）は、マイクロト性能を提供します。LTC2644 および LTC2645 は、入力コントローラの（おそらくは不正確な）デジタル電源電圧によされた PWM 信号のデューティ・サイクルを直接測定し、立り決定されます。より微妙な影響として、線形性を維持するち上がりエッジごとに適切な 8、10、または 12 ビットのコーため、デジタル出力ピンの“H”状態における電源への実効ドを高精度 DAC へ送信することで、上述の問題点を克服し抵抗と、 “L”状態における接地抵抗との差異が、フィルタ抵抗ています。の値と比較して小さい必要があるということが挙げられます。 L、LT、LTC、LTM、Linear Technology および Linear のロゴは、リ最後に、出力電圧を一定の値に維持するため、PWM 信号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、そは連続的である必要があり、プロセッサを低電力のシャットダれぞれの所有者に帰属します。 DN538 F02 05/15/538 1.25V の内部リファレンスにより、フルスケール出力が 2.5V に設定されますが、別のフルスケール出力が必要な場合は外部リファレンスを使用できます。独立の IOVCC ピンによりデジタル入力レベルが設定されるため、1.8V の FPGA、5V のマイクロコントローラ、またはその中間の任意の電圧に直接接続できます。DC 精度仕様が非常に優れており、オフセット 5mV、最大ゲインエラー 0.8%、最大 INL 2.5LSB（12 ビット）です。出力セトリング時間は、 PWM 入力の立ち上がりエッジから、最終値の 0.024% 以内まで（12 ビットで 1LSB）に 8µs です。PWM の周波数範囲は、12 ビット版で 30Hz から 6.25KHz までです。ダンス（マージニングなし）になり、入力が継続的に“H”レベルである限り、出力は無期限に値を保持します。継続的な “L” レベルにより、出力は高インピーダンス状態になります。このため、PWM バーストで電源オンを行い、その後で“H”レベルにすれば、電源をトリムできます。PWM 信号を“L”にプルすると、回路はマージニング動作を簡単かつ確実に終了します。IDLSEL を GND に接続すると「透過モード」が選択され、入力が継続的に“H”レベルになることで出力がフルスケールに設定され、継続的に“L”レベルになることで出力がゼロ・スケールに設定されます。多用途な出力モード典型的な PWM/アナログ変換技法の制限は、解決不能なものではありません。LTC2645 により、パルス幅変調されたデジタル出力を元に高精度で高速セトリングなアナログ信号を生成しながら、部品点数を抑えてコードを単純にすることが可能です。 LTC2644 のもう 1 つの独自機能を活用した、電源のトリミング /マージニングを行う標準的なアプリケーションを、図 4 に示します。IDLSEL を“H”に接続すると、「サンプル /ホールド」動作が選択され、スタートアップ時に出力が高インピーまとめ PWM INPUTS 1.7V TO 5.5V INA VOUTA INB VOUTB INC VOUTC IND INA 2V/DIV VOUTD LTC2645 IOVCC 0.1µF BUFFERED VOLTAGE OUTPUTS REF PD INPUT: 1V TO 5.5V OUTPUT: 1.25V 2.7V TO 5.5V VCC GND IDLSEL 0.1µF REFSEL 0.1µF VOUTA 500mV/DIV GND DN538 F03b 20µs/DIV DN538 F03a 図 3． 4 チャネルの PWM/アナログ変換 5V C3 0.1µF C4 0.1µF 0.1µF 4.7µF 2.2k IOVCC VCC IDLSEL REFSEL PD INA INB 0.1µF DAC A VOUTA 10k ILM 143k DAC B VOUTB PGOOD INTVCC LTC3850EUF 10k 0.1µF PWM TO BINARY VIN RJK0305DPB TG1 BOOST1 FREQ 0.1µF 2.2µH 0.008k SW1 VOUTB = Hi-Z 1nF CMDSH-3 100k REF LTC2644-12 PWM TO BINARY VIN 6.5V TO 14V 3.32k VOUT 3.3V ±10% RJK0301DPB BG1 PGND GND FOR NO MARGINING, KEEP INA LOW. (VOUTA = Hi-Z) TO MARGIN 10% HIGH, SET INA DUTY CYCLE TO 1/4096. (VOUTA = 0V) TO MARGIN 10% LOW, SET INA DUTY CYCLE TO 2621/4096. (VOUTA = 1.6V) 1nF 10k 10k SENSE1+ ITH1 500kHz 100pF MODE/PLLIN RUN1 1nF SENSE1– TKSS1 10nF 10k VFB1 SGND 15pF 63.4k 20k 図 4．マージニング・アプリケーション DN538 F04 データシートのダウンロード www.linear-tech.co.jp/LTC2644 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 dn538f LT/AP 0515 • PRINTED IN JAPAN © LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2015