パフォーマンスと信頼性は、多くのラボおよびフィールド サイエンス (LFS) デバイスと機器のアプリケーションを推進します。ただし、部品表 (BOM) の非効率性によりコストが増加し、測定精度が低下する可能性があります。これらの非効率性は、多くの場合、シグナル チェーン デバイスの調達に関連しています。信頼できる単一のサプライヤーからの知識豊富で経験豊富なアプリケーション サポートを備えた完全なシグナル チェーン ソリューションにアクセスすることで、システムと設計の効率化と市場投入までの時間の短縮を実現できます。これは、他の方法では実現が困難です。アナログ・デバイセズの「Circuits From The Lab」のリファレンス設計、つまり、プログラマブル・ゲイン・トランスインピーダンス・アンプとデジタル同期検出機能を備えたデュアル・チャンネル色彩計を使用して、単一サプライヤによる完全な信号チェーン・ソリューションの利点を実証します。
高品質のラボおよびフィールドサイエンス (LFS) デバイスと機器を製造する市場機会が拡大するにつれて、これらのソリューションをより早く市場に投入しなければならないというプレッシャーも高まっています。デバイス全体の精度と信頼性を維持しながら、このような迅速な設計サイクルを達成するには、重要な信号チェーン コンポーネントの品質調達効率に大きく依存します。アンプやアナログ/デジタル コンバータ (ADC) などの高度に統合された信号チェーン コンポーネントにより、部品表 (BOM) の効率が向上し、コストが削減されます。さらに、重要なシグナル チェーン コンポーネントを単一のサプライヤから調達できれば、コスト面で多くのメリットが得られ、アプリケーション サポートを強化する機会も生まれます。最終的には、これらの要素によって設計リソースの負担が軽減され、短時間でよりパフォーマンスの高い設計が可能になります。
キャプション: Zedboard IOTキットは、Analog Devicesのデュアル チャネル色彩計評価ボードCN0363を使用して、分光アプリケーション用の変調信号とインターフェイスを生成するために使用されます。
高品質のリファレンス設計により、多くのアプリケーションに適応可能な回路ソリューションを提供
Analog Devicesは、自社のWebサイトで無料で利用できるリファレンス デザインの大規模なライブラリを提供しています。これらのリファレンス デザインは、回路ソリューションとしてそのまま使用できます。また、詳細な説明は、設計者が回路を独自のアプリケーションに適応させるのに役立ちます。これらのリファレンス デザインには、精密な研究室や現場でのテスト、測定、またはサービス機器に組み込むことができる幅広いコンポーネントが含まれています。
たとえば、 回路ノート0363 (CN0363)、プログラマブル ゲイン トランスインピーダンス アンプとデジタル同期検出機能を備えたデュアル チャンネル色彩計は、アナログ デバイスの主要なADCおよび高精度アンプ ソリューションを使用して構築されています。この記事と併せて、回路ノートを紹介し、プロセスに関する洞察を提供するビデオがあります。
CN0363のFPGAコードもAnalog Devicesから入手できます。
この回路は、ノイズ源を排除する回路類型を活用して、3つの異なる波長の光で吸収分光測定を実行し、非常に正確な結果を実現します。このようなデバイスは、液体サンプルの特性と濃度を決定するために使用される化学分析および環境モニタリングデバイスおよび機器によく使用されます。
キャプション: 評価ボードの主要な信号チェーン コンポーネントCN0363、ADA4528-1、ADA4805、およびAD7175-2は、それぞれトランスインピーダンス アンプ、高スルーレート バッファ アンプ、および高精度アナログ - デジタル コンバータとして使用されます。
主要なシグナルチェーンコンポーネントにより、BOMの複雑さが軽減され、パフォーマンスが向上します。
デュアル チャンネル比色計は、3つの周波数変調光源送信機で構成されており、液体サンプルに光を送信し、サンプルの周波数特性によって減衰されてから、それぞれのフォトダイオードで受信されます。ADA4528-1は、フォトダイオード レシーバーの電流出力から電圧を生成するトランスインピーダンス アンプとして使用されます。吸収性の高い液体の場合、フォトダイオードの電流出力が非常に弱くなる可能性があるため、ADA4528-1オートゼロ アンプの機能を活用してオフセット エラーや1/fノイズを排除し、非常に低い広帯域ノイズも誘発します。オートゼロ周波数でのノイズスパイクを回避するために、オートゼロ周波数はおよそ200 kHzに設定されており、これはアンプの3dB信号帯域幅をはるかに超えています。
キャプション: トランスインピーダンス アンプの2つの独立した抵抗フィードバック ネットワークにより、トランスインピーダンス アンプを構成して、吸収特性が高い材料と低い材料の出力を最適化できます。
ADA4528-1のオフセット電圧は非常に低いですが、オフセットが負の場合、レールツーレール動作が制限される可能性があります。負電圧供給を必要とせず、トランスインピーダンス アンプがクリップしないようにするために、ADA4805-1を使用して、フォトダイオードのアノードに100mVのバッファ オフセット バイアス電圧を供給します。ADA4805-1オペアンプは、大きな容量性負荷を駆動できる非常に安定した電圧バッファとして使用され、デカップリングに最適です。フォトダイオードのバイアス電圧と、LED電流を設定するために使用されるAD5201デジタルポテンショメータの出力は、ADA4805-1オペアンプによってバッファリングされます。
ビーム スプリッターは、赤、緑、青 (RGB) LED出力をサンプルと参照受信機に分割するために使用されます。サンプル レシーバーとリファレンス レシーバーは両方とも、超低ノイズ24ビット Σ-Δ ADCであるAD7175-2の個別のチャネルに出力する同一のプログラム可能なゲイン トランスインピーダンス アンプ回路で構成されています。1サイクルの安定時間内に両方のチャネルをサンプリングするために、ADCはsinc5+sinc1フィルターを使用して250 kSPSのデータ レートを出力するように構成されています。この方法では、チャネルあたり25 kSPSの有効サンプリング レートと40 µsごとの出力値が生成されます。
キャプション: AD7175-2のSPI出力により、250 kSPSのリファレンス データとサンプリング データが有効になり、IQデータとデータの詳細なデジタル比較を生成するために使用されます。
方形波変調の奇数高調波など、12.5 kHzを超える周波数がADCの通過帯域でエイリアシングするのを防ぐために、同期復調ステージがFPGAで実装されています。ただし、変調周波数にノイズ源が存在する場合は、基本周波数に折り返されます。この現象を回避するには、次の式で示される変調とサンプル周波数の関係を維持する必要があります。
超低ノイズ、ゼロドリフト、レールツーレール入出力オペアンプのシグナルチェーンの利点
ADA4528-1は、信号チェーンのエラーを制限することが絶対的に重要なアプリケーションに適合するように設計されています。これには、小さな電圧をサンプリングして変換する多くのセンサーおよび医療アプリケーションが含まれます。このアンプは、f = 1 kHzで5.6 nV/√Hz、AV = +100でf = 0.1 Hz ～ 10 Hzで97 nV p-pという典型的な低ノイズと、最大オフセット電圧2.5 μVで0.015 μV/°Cという非常に低いオフセットドリフトを実現します。これらの仕様は、-40 C ～ +125 Cの拡張された産業用および自動車用温度範囲にわたって作成されています。°°
ADA4528-1は、2.2 V ～ 5.5 Vの広い動作電圧範囲または +/- 1.1 V ～ +/- 2.75 Vのデュアル電源動作でレールツーレール入力および出力 (RRIO) が可能であり、最小135 dBの高いCMRRと最小130 dBのPSRRも提供します。これらの機能は、ノイズフロアに近い非常に低レベルの信号を処理する場合に特に重要です。130 dBの高ゲインと4 MHzのユニティ ゲイン クロスオーバーにより、AV = +100で3 MHzの高ゲイン帯域幅積と6.2 MHzの -3dBクローズド ループ帯域幅が可能になります。
ADA4528-1は、8リードMSOPおよび8リードLFCSPパッケージで提供されます。このコンポーネントとデュアル パッケージADA4528-2の詳細については、アプリケーション ノートAN-1114「最小ノイズ ゼロドリフト アンプの電圧ノイズ密度は5.6 nV/√Hz」を参照してください。
低熱オフセットドリフト、低消費電力、低ノイズのレールツーレールオペアンプが強化されたスルーレート機能を提供
ADA4805-1は、低電力レベルでの高解像度データ変換システム向けに特別に設計された、強化された省電力機能を備えた高性能を提供します。理想的なアプリケーションには、バッテリー駆動の計測機器、ポータブルPOS端末、マイクロパワー アクティブ フィルターも含まれます。ADA4805-1は静止電流が495 μAと低く、シャットダウン ピン機能も備えており、シャットダウン時には静止電源電流がさらに3 μAまで低下します。高速アナログ-デジタル変換 (ADC) 機能を有効にするために、アンプがシャットダウンから完全にオンになるまでの起動時間はわずか3 μsです。
ADA4805-1は非常に低い電力で動作しますが、このデバイスは105 MHzという非常に高い -3dB帯域幅、160 V/μsのスルーレート、0.1% までの35nsのセトリング時間も備えています。ADA4805-1は、高いスルー レートと高速なセトリング時間により、優れたデカップリング特性を備えた大容量負荷駆動バッファ アンプとして活用できます。
また、+/- 1.5 V、3 V、5 V、または +/- 5 Vで3 V ～ 10 Vの広い電源範囲で、最大入力オフセット電圧125 μV、標準入力オフセットドリフト0.2 µV/°Cが実証されています。入力は -Vs - 0.1 V ～ +Vs - 1Vのコモンモード範囲を備えていますが、出力は100 kHzで5.9 nV/√Hz、100 kHzで0.6 pA/√Hzの低ノイズと、100 kHzで -102 dBc/-126 dBc HD2/HD3の低歪みを特徴とし、完全なレールツーレール出力を実現します。
ADA4805-1アンプは、拡張された産業用および車載用温度範囲である -40°C ～ +125°Cにわたって最も低いノイズ性能を実現するために、アナログ・デバイセズ社独自の超高速相補型バイポーラ (XFCB) プロセスで製造されており、非常に小型の6ピンSOT-23および6ピンSC70パッケージで提供されます。デュアル アンプ バージョンのADA4805-2は、8ピンMSOPおよび10ピンLFCSPパッケージでも提供されます。
低ノイズと高速セトリング機能を備えたΣ-Δ ADCは、研究室やフィールドサイエンスのアプリケーションに柔軟な機能を提供します。
AD7175-2は、ノイズが非常に低く、セトリングが速い Σ-Δ ADCを提供します。ノイズフリー ビットは250 kSPSで17.2、2.5 kSPSで20、20 SPSで24で、INLはフルスケール範囲の +/-1 ppmです。ADCは、5 SPS ～ 250 kSPSの柔軟な出力レートを備えた2チャンネル完全差動コンバーターまたは4チャンネル疑似差動コンバーターとして構成できます。内部クロス チャネル マルチプレクサからの入力は、高インピーダンス入力を提供するレールツーレール アナログ入力バッファを通過します。
ADCには、5 V AVDD1または +/-2.5 V AVDD1/AVSS、2 V ～ 5 V AVDD2およびIOVDDなど、いくつかの電源オプションが用意されており、標準的な電流消費量はわずか8.4 mAです。ADCには、2.5 Vのオンチップ基準電圧と +/- 2ppm/°Cの低ドリフトも含まれています。
便利なことに、AD7175-2にはアナログおよびデジタル信号調整ブロックが統合されており、各アナログ入力チャネルを個別に構成できます。たとえば、27.27 SPSの出力データ レートで50 msの安定時間で85dBの50 Hzまたは60 Hz除去は、入力信号を調整するデジタル フィルターによって提供される機能です。さらに、オフセットやゲイン調整などの他のデジタル処理機能も、チャネルごとに個別に設定できます。GPIOおよびMUX I/O制御デジタル入力を使用して入力マルチプレクサを制御するか、AD7175-2が自動的に入力間を循環して制御回路の複雑さを軽減することができます。
柔軟な3線式または4線式のシュミット トリガーまたはSCLKデジタル インターフェイスを備えたADCは、SPI、QSPI、MICROWIRE、およびDSP互換のデータ交換が可能です。タイミングには外部または内部クロック発振器を使用でき、ADCは参照用の内部クロック出力を提供します。これらの機能と、-40℃の拡張された工業用温度範囲により、° Cから +105° C、AD7175-2はプロセス制御、医療/科学マルチチャンネル機器、温度/圧力、クロマトグラフィー機器のアプリケーションに適しています。ADCは24リードTSSOPパッケージで提供されます。
キャプション: AD7175-2には、多くの強化されたデジタル制御機能と自動化機能が搭載されており、必要な外部コンポーネントの数を削減します。
結論
回路ノートCN0363により、アナログ・デバイセズは、ラボやフィールド科学、その他のアプリケーション向けにほぼ完全な信号チェーン ソリューションを提供できるほど多様な製品ラインを備えた回路ソリューション サプライヤの利点を実証できます。これらの利点により、BOMの複雑さとコストが削減され、市場投入までの時間が短縮され、システム設計エンジニアの設計が容易になります。