広いダイナミック レンジを必要とする高電圧アプリケーションに最適な LTC2358アナログ - デジタル コンバーター を使用してシステムを改善します。高精度のアナログ - デジタル コンバーターは、産業プロセス制御からハイエンドのテストおよび測定システムまで、さまざまなアプリケーションにおいて、現実世界の信号と最新のデジタル処理能力との間の重要なインターフェイスを実現します。残念ながら、センサーやその他の信号源をコンバータに接続して、データ コンバータが宣伝するすべてのパフォーマンスを得るのは必ずしも簡単ではありません。多くの場合、バッファリング、電圧保護、またはその他の機能を提供する追加の回路が必要になります。必要なパフォーマンスで実装するのは難しい場合があります。
こんにちは。私は、 Linear Technology のミックスド シグナル グループのシニア デザイン エンジニア、Andrew Thomasです。当社の新しい LTC2358 Octal ADC に統合されたPICOアンプ入力アナログ バッファが、これらの課題をどのように簡素化できるかについて説明したいと思います。本質的には、LTC2348オクタル逐次近似ADCの優れたパフォーマンスと優れた柔軟性を採用し、高性能のFED入力バッファリングを追加しました。
LTC2348製品ビデオでは、その優れた性能と任意の入力測定機能により、多くの高電圧アプリケーションに最適な選択肢となる理由について説明しました。LTC2358は、ほぼ同じパフォーマンスでこれらの利点を共有します。ここでは、バッファ入力によってシステムを改善できるいくつかの簡単な方法に焦点を当てたいと思います。
多くのセンサーは、出力が低速または繊細なものであっても、中間の信号調整なしでLTC2358に直接接続できます。以前は、オクタルADCではこのような4つのデュアル高電圧オペアンプからのバッファリングが必要でしたが、LTC2358ではこれらのオペアンプが不要になるため、ボード面積と電力を大幅に節約できます。このような直接センサー接続の一例は、ここに示す単純なサーミスタ回路です。この回路は、サーミスタと上記の固定抵抗器の比率に応じてADCで電圧を生成します。
抵抗器の上部をADCリファレンスに接続すると、リファレンスがドリフトした場合でも正確な比率が保証されることに注意してください。サーミスタを選択する際、抵抗値が低いとサーミスタでの電力消費が大きくなり、測定精度が低下する可能性があります。
一方、高抵抗サーミスタの精度を確保するには、非常に高い入力インピーダンス測定が必要です。ここでは、LCT2358の純粋な容量性入力が優れており、20キロメートルの要素で優れた精度を実現します。LTC2358の高サンプル レートと低ノイズにより、サーミスタと並列にスイッチを使用することで、さらに改善が図れます。
このスイッチがオンの間、サーミスタでは電力が消費されないので、周囲温度になります。温度測定が必要な場合、スイッチを短時間オフにすると、サーミスタが加熱される前に1ミリ秒以内に測定を完了できます。このグラフは、正確な測定をどれだけ早く実行できるか、また、変換を100ミリ秒間継続した場合の測定誤差の増加を示しています。必要な時間をはるかに超えています。
この簡単な例は、センサーとLTC2358間のインターフェースがいかに簡単であるかを示しています。しかし、バッファは他の面でも役立ちます。焦点を少し変えると、バッファ入力により、範囲外の信号をクリーンかつ透過的に処理するようにこのシステムを設計することも簡単になります。通常の動作の一部として発生するか、システム障害状態として発生するか。ADC入力信号の範囲外は、さまざまな理由で発生する可能性があります。2キログラムの物体を1キログラムの秤に載せるといった明らかな原因の場合もあれば、センサー、電源、配線の故障によって発生する場合もあります。
これらの条件を考慮すると、良くても気が散るだけであり、最悪の場合、パフォーマンスが低下します。LTC2358を使用すると、範囲外の信号に対して堅牢な高性能システムの構築が容易になります。この色付きのバーは、さまざまな入力電圧でLTC2358がどのように動作するかをグラフィカルに示します。
関連商品を見る
まず、アナログ入力電圧がプログラムされたフルスケールを超えても、ADCに問題は発生しません。たとえば、入力が0 ～ 5ボルトの動作に設定されているが、システムが10ボルト、または高電圧電源差までの任意の電圧を適用する場合、コンバータは単に飽和したフルスケール値を報告します。他のチャネルで変換された結果は依然として正確であり、消費電力は増加しません。
さらに深刻なケースでは、入力が高電圧電源を超えて駆動される可能性があります。たとえば、40ボルトから供給されるアンプがADCを駆動する場合、そのアンプは異常な状態で入力を40ボルトに駆動しようとする可能性があります。内部ダイオードはアナログ入力を高電圧電源にクランプするため、部品やその他の回路の損傷を防ぐために電流を制限する必要があります。LTC2358は、最大10ミリアンペアまでの電源を超えてピンが引っ張られても問題なく耐えることができます。したがって、入力に直列に2キロの抵抗を配置するだけで、スプリアス入力信号が40ボルトに達する可能性があります。 ½ ADCの高インピーダンス入力により、回路が正常に動作しているときにこの重大な抵抗によってパフォーマンスが低下しないことが保証されます。また、最大40ボルトの電圧では、他のADCチャネルの精度に影響はありません。
入力を負電源より低いマイナス40ボルトまで下げても損傷は発生しませんが、他のチャネルの精度が損なわれます。これらの制限を超えると、ADCと抵抗器での電力消費により損傷が発生する危険があります。10ミリアンペアの電流制限を念頭に置いて、他の抵抗値をオーバードライブの他の可能な範囲に使用できます。
たとえば、10キロメートルの抵抗器では100ボルトが許容されます。100ボルトで10キロメートルの距離を伝送した場合の電力消費は1ワットであることに注意してください。したがって、より高い電力の抵抗器が必要になりますが、ソリューションは依然として非常にシンプルで堅牢です。
これまで、ADCの前の回路をなくしたり簡素化したりする方法の例をいくつか示しました。LTC2358は、その極めて低い入力電流と広い共通負荷範囲を活用した、より独創的な方法でセンシング システムに統合することもできます。
アナログ入力電流は接合部リークによってのみ決定され、通常は室温で10ピコアンペア未満です。この低い入力電流は、LTC2358がフォトダイオードに典型的な非常に低いレベルの電流信号で使用できることを意味します。フォトダイオードは、ダイオードに当たる光のレベルによって決まる少量の電流を流すように設計された逆バイアスダイオードです。この小さな電流信号は、多くの場合、このようなトランスインピーダンス オペアンプ回路によって電圧に変換され、オペアンプの出力電圧はダイオード電流に比例し、ADCによってデジタル化できるようになります。
フォトダイオードは逆ダイオードであるため、非常に高い抵抗のように見え、その電流を高精度で測定するには、それに接続されるものはすべて入力電流が極めて低いことが必要です。したがって、示されているオペアンプは通常、FET入力オペアンプである必要があります。残念ながら、FETオフアンプの入力オフセット電圧は通常あまり良くありません。出力電圧の精度に影響します。
ただし、LTC2358は差動測定が可能です。したがって、オペアンプの出力ではなく、抵抗器の両端の電圧を測定するために接続される場合があります。この接続により、測定におけるオペアンプのオフセットと低周波ノイズの影響がキャンセルされます。ここで注意すべき重要な点は、この回路が機能するのは、LTC2358自体の入力電流が非常に低く、通常は室温で数ピコアンペアしかないためであるということです。したがって、測定を妨げることなくフォトダイオードに直接接続しても問題ありません。このフォトダイオード回路は、LTC2358のバッファ入力によって可能になる回路の幅広いアプリケーションの一例にすぎません。
さらにいくつかの例を挙げると、アナログ信号フィルターの設計や低電力オペアンプとのインターフェースも大幅に簡単になります。この機能を、シンプルなオーバードライブの堅牢性、直接センサー接続、および優れた生のパフォーマンスに追加することで、LTC2358は多数のマルチチャネル システムにとって優れたソリューションになります。次回のシステム設計をより簡単にする方法をいくつかご紹介できたと思います。
