信号をアナログからデジタルに変換するプロセスでは、通常、スプリアス信号の問題が伴い、信号に干渉を引き起こします。この問題を解決し、信号の信頼性を向上させるには、データ取得システム (DAS) が理想的なソリューションとなります。この記事では、スプリアス信号の原因と、ADIのAD7616 DASの機能と特徴について紹介します。
スプリアス信号はシステムの信頼性に影響を与える
まず、スプリアスフリーダイナミックレンジ（SFDR）という用語について説明する必要があります。SFDRは、大きな干渉信号と区別できる最小の電力信号を表します。現在の高解像度、高精度のアナログ-デジタル コンバータ (ADC) の場合、SFDRは一般に、主に基本周波数と対象の基本周波数の2次または3次高調波間のダイナミック レンジで構成されます。ただし、システムの他の側面により、スプリアス信号が生成され、システムのパフォーマンスが制限される可能性があります。
現在の高解像度逐次比較レジスタ (SAR) ADCと Σ-Δ ADCは高解像度と低ノイズを実現できますが、システム設計者がデータシートに指定された信号対雑音比 (SNR) のパフォーマンスを達成するのは難しい場合があります。最高のSFDRを実現すること、つまりシステム信号チェーンでスプリアスのないクリーンなノイズ フロアを実現することは、さらに困難になる可能性があります。スプリアス信号は、ADC周辺の不適切な回路から発生する場合もあれば、過酷な動作環境での外部干渉によって発生する場合もあります。
高解像度および高精度のADCアプリケーションにおけるスプリアス信号のうち、最も一般的なものは、コントローラ ボード上のDC-DC電源の放射によって発生するもの、または外部リファレンス ソースを介してAC-DCアダプタのノイズから生成されるものです。さらに、アナログ入力ケーブルやアナログ入力ケーブル上のカップリング、あるいは室内の照明器具によって発生するスプリアス信号もあります。
これらのスプリアス信号は、入力周波数に依存するものと固定周波数のものに分類できます。入力周波数に依存するものは、高調波または非線形特性に関連しており、主に電源、外部基準ソース、デジタルインターフェース、および外部干渉によって発生する固定周波数のスプリアス信号です。アプリケーションに応じて、これらのタイプのスプリアス信号を削減または完全に回避できれば、最高の信号チェーン パフォーマンスを実現できます。スプリアス信号を改善できれば、エンドシステムの電磁両立性 (EMC) 機能と信頼性の向上に役立ちます。
ADC周辺のDC-DC電源によって発生するスプリアス信号
DC-DCスイッチング レギュレータは高いリップル ノイズを生成するため、高精度測定システムの高精度ADC用の低ノイズ電源レールを生成するソリューションとして、通常は低ドロップアウト レギュレータ (LDO) の使用が推奨されます。固定周波数またはパルス幅変調スイッチング レギュレータは、通常、数十kHzから数MHzの固定周波数のスイッチング リップルを生成します。固定周波数ノイズは、ADCの電源電圧除去比 (PSRR) メカニズムを通じてADC変換コードに取り込まれる可能性があります。
設計者によっては、ボードスペースの制限や予算の問題により、高精度ADCアプリケーションでDC-DCスイッチング レギュレータを使用する場合があります。理想的なシグナル チェーンのパフォーマンスを実現するには、リップル ノイズを制限するか、高PSRR ADCを使用してリップル ノイズがADCノイズ フロアを下回るようにする必要があります。そうしないと、ADC出力スペクトルのスイッチング周波数でスプリアス信号が発生し、信号チェーンのダイナミック レンジが低下する可能性があります。
DASはより高いSNRパフォーマンスを実現
ADC周辺のDC-DC電源によって発生するスプリアス信号を解決するには、DASが理想的なソリューションとなります。ADIが発売したAD7616は、電力線監視における16チャンネルのデュアル同時サンプリングをサポートする16ビットDASです。
AD7616
AD7616は5V単一電源で動作し、以下の真のバイポーラ入力信号を処理できます。 ± 10V、 ± 5V、および ±2.5 V。同時に、各チャネルは最大1 MSPSのスループット レートと90.5 dB SNRでサンプリングできます。オンチップオーバーサンプリングモードを使用すると、より高いSNRパフォーマンスを実現できます (オーバーサンプリング比 (OSR) が2の場合、SNRは92 dB)。デバイスのPSRRが高くなり、スイッチングリップルを効果的に除去/減衰できるようになります。
AD7616の入力クランプ保護回路は、最大電圧に耐えることができます。 ± 21 V。サンプリング周波数に関係なく、AD7616のアナログ入力インピーダンスは常に1 MÙ です。オンチップフィルタリングと高入力インピーダンスを備えた単一電源モードを採用しているため、オペアンプや外部バイポーラ電源を駆動する必要がありません。
完全に統合されたデータ収集ソリューション
AD7616デバイスには、アナログ入力クランプ保護、デュアル16ビット電荷再分配SAR ADC、バースト モードをサポートするデジタル フィルタ、2.5 Vオンチップ高精度リファレンス電圧源とリファレンス電圧バッファ、柔軟な高速シリアルおよびパラレル インターフェイスが組み込まれています。
AD7616には、独立して選択可能なチャンネル入力範囲があります。VDRIVE電源電圧は2.3 V ～ 3.6 Vです。これは、1次アンチエイリアシング アナログ フィルタを備えた完全に統合されたデータ取得ソリューションです。AD7616はシリアルペリフェラルインターフェース（SPI）/QSPIとも互換性があります。™ /DSP/MICROWIREは、エラー チェック用のオプションの巡回冗長検査 (CRC)、オンチップ自己検出機能のサポート、および80ピンLQFPパッケージを備えています。AD7616は主に、電力線監視、保護リレー、多相モーター制御、計測制御システム、データ収集システムなどに使用できます。
フル機能の評価ボードが製品開発をスピードアップ
評価版AD7616SDZ
顧客の製品開発を迅速化するために、ADIはAD7616を搭載した評価ボードを発売しました。EVAL-AD7616SDZ/EVAL-AD7616-PSDZは、AD7616およびAD7616-P ADCのすべての機能を簡単に評価できるように設計された、単一のフル機能評価ボードです。評価ボードは、120ウェイ高速システム デモンストレーション プラットフォーム (SDP-B) コネクタ (J10) を介してEVAL-SDP-CB1Zによって制御できます。EVAL-SDP-CB1Z SDP-Bボードを使用すると、PCのUSBポートと評価ボード ソフトウェアを介して評価ボードを制御できます。
AD7616およびAD7616-Pのフル機能評価ボードは、内蔵電源と独立した動作機能をサポートし、SDP-Bコントローラと互換性があり、制御およびデータ分析用のPCソフトウェアも提供します。
結論
スプリアス信号はシステムの安定性を低下させますが、現在ではDASによって解決できます。ADIのAD7616は、ADC周辺のDC-DC電源によって発生するスプリアス信号の問題を解決し、より高いSNRパフォーマンスを実現します。PSRRが高く、エンドシステムのEMC機能と信頼性の向上に役立ちます。電子製品開発者にとって最適な選択です。