1.5LSB INL 400kSPS 18 PulSAR

1.5LSB INL 400kSPS 18 PulSAR
1.5LSB INL、400kSPS、18ビットPulSAR®
差動A/Dコンバータ、MSOP/QFNパッケージ
AD7690
アプリケーション図
特長
IN+
+5V
REF VDD VIO
SDI
SCK
±10V、±5V、...
SDO
IN–
GND
CNV
+1.8V∼VDD
3 線式または 4 線式
インターフェース
(SPI、デイジーチェーン、CS)
ADA4941-1
AD7690
図2
表1. MSOP、QFN(LFCSP)/ SOT-23パッケージの
14/16/18ビットPulSAR ADC
タイプ
18ビット、
100
kSPS
250
kSPS
400∼
500
kSPS
1000
kSPS
ADC
ドライバ
AD7691 AD7690
AD7982
AD7982 ADA4941
ADA4841
16ビット、 AD7684 AD7687 AD7688
真の差動
AD7693
ADA4941
ADA4841
16ビット、 AD7680 AD7685 AD7686
疑似差動
AD7683 AD7694
AD7980 ADA4841
14ビット、 AD7940 AD7942 AD7946
疑似差動
ADA4841
真の差動
概要
アプリケーション
AD7690は18ビットの逐次比較型A/Dコンバータ(SAR ADC)
で、単電源( VDD )で動作します。低消費電力かつノー・
ミッシング・コードで高速の 18 ビット・サンプリング ADC 、
内部変換クロック、多機能シリアル・インターフェース・ポー
トを内蔵しています。IN+ピンとIN−ピン間の電位差をCNV
の立上がりエッジでサンプリングします。これらのピン上の電
圧は通常、 0V から REF までの電圧範囲で互いに逆位相の関係
となります。リファレンス電圧REFは外部から供給し、電源電
圧まで設定できます。
バッテリ駆動機器
データ・アクイジション
地震データ・アクイジション・システム
DVM
計測機器
医療機器
1.5
正側INL = +0.42LSB
負側INL = –0.6LSB
1.0
消費電力はスループットに直線的に比例します。
SPI 互換のシリアル・インターフェースは、 SDI 入力を使用し
て 1 つの 3 線式バス上で複数の ADC をデイジーチェーン接続す
る機能があります。さらにオプションでBUSYインジケータを
利用することもできます。このシリアル・インターフェースは
1.8V 、 2.5V 、 3V 、 5V のロジックに対応しており、独立した
VIO電源を使用します。
0.5
INL(LSB)
+2.5∼+5V
05792-001
ノー・ミッシング・コードが保証された18ビット分解能
スループット:400kSPS
INL:±0.75LSB(typ)、±1.5LSB(max)
(FSRの±6ppm)
ダイナミック・レンジ:102dB(typ)@400kSPS
オーバーサンプリング・ダイナミック・レンジ:
125dB@1kSPS
ノイズフリーのコード分解能:20ビット@1kSPS
有効分解能:22.7ビット@1kSPS
SINAD:101.5dB@1kHz
THD:−125dB@1kHz
真の差動アナログ入力範囲:±VREF
両入力で0V∼VREF(VREFはVDDまで)
パイプライン遅延なし
5V 単電源動作、 1.8V/2.5V/3V/5V ロジックとのインター
フェースが可能
SPI®/QSPITM/MICROWIRETM/DSP互換シリアル・インター
フェース
複数のADCのデイジーチェーン接続とBUSYインジケータ
消費電力
4.25µW@100SPS
4.25mW@100kSPS
スタンバイ電流:1nA
パッケージ:10ピンMOSP(MOSP-8サイズ)、3mm×3mm
のQFN(LFCSP)(SOT-23サイズ)
QFN/MSOPパッケージの他のPulSARシリーズとピン互換
0
–0.5
–1.5
65536
0
131072
196608
262144
コード
図1.
05792-025
–1.0
AD7690 は 10 ピン MSOP または 10 ピン QFN ( LFCSP )パッ
ケージを採用し、−40∼+85℃の温度範囲で動作するように仕
様が規定されています。
コード 対 積分非直線性(INL)
REV. A
アナログ・デバイセズ株式会社
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AD7690
目次
特長 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
アプリケーション . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
アプリケーション図 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
概要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
改訂履歴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
仕様 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
タイミング仕様 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
絶対最大定格 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
ESDに関する注意 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
ピン配置と機能の説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
用語の説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
代表的な性能特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
動作原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
回路の説明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
コンバータの動作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
代表的な接続図. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
アナログ入力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
ドライバ・アンプの選択. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
シングルエンド/差動変換ドライバ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
電圧リファレンス入力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
電源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
リファレンスを使ったADCへの電源供給 . . . . . . . . . . . . . . 16
デジタル・インターフェース.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
__
CS
__ モード3線式、BUSYインジケータなし . . . . . . . . . . . . . . 17
CS
__ モード3線式、BUSYインジケータあり . . . . . . . . . . . . . . 18
CS
__ モード4線式、BUSYインジケータなし . . . . . . . . . . . . . . 19
CSモード4線式、BUSYインジケータあり . . . . . . . . . . . . . . 20
チェーン・モード、BUSYインジケータなし . . . . . . . . . . . 21
チェーン・モード、BUSYインジケータあり . . . . . . . . . . . 22
アプリケーション情報 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
レイアウトのポイント. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
AD7690の性能評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
外形寸法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
オーダー・ガイド. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
改訂履歴
Changes to Figure 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Change to Figure 22 Caption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Changes to Circuit Information Section. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Change to Table 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Change to Endnote 1 of Figure 26 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Added Figure 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Changes to Driver Amplifier Choice Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Change to Evaluating the AD7690’s Performance Section . . . . . . . . 23
Updated Outline Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Changes to Ordering Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3/07―Rev. 0 to Rev. A
Removed Endnote Regarding QFN Package . . . . . . . . . . . . . Universal
Changes to Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Changes to Table 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Changes to Figure 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Changes to Gain Error in Table 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Change to Gain Error Temperature Drift in Table 2 . . . . . . . . . . . . . . 3
Change to Zero Temperature Drift in Table 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Changes to Power Dissipation in Table 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Change to Conversion Time:
CNV Rising Edge to Data Available in Table 4 . . . . . . . . . . . . . . . 5
Change to Acquisition Time in Table 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4/06―Revision 0: Initial Version
―2―
REV. A
AD7690
仕様
VDD=4.75∼5.25V、VIO=2.3V∼VDD、VREF=VDD。特に指定のない限り、すべての仕様はTMIN∼TMAXで規定。
表2
パラメータ
Min
条件
Typ
Max
18
分解能
単位
ビット
アナログ入力
電圧範囲
IN+∼IN−
−VREF
+VREF
V
絶対入力電圧
IN+、IN−
−0.1
VREF+0.1
V
同相入力範囲
IN+、IN−
0
VREF/2+0.1
V
アナログ入力CMRR
fIN=250kHz
65
dB
25℃でのリーク電流
アクイジション・フェーズ
1
nA
VREF/2
入力インピーダンス1
スループット
0
変換レート
過渡応答
400
kSPS
400
ns
±0.75
+1.5
LSB2
±0.5
+1.25
フルスケール・ステップ
精度
ノー・ミッシング・コード
18
積分直線性誤差
−1.5
−1
微分直線性誤差
REF=VDD=5V
遷移時のノイズ
ビット
0.75
ゲイン誤差3
−40
±2
ゼロ誤差3
−0.8
ゼロ温度ドリフト
VDD=5V±5%
電源電圧変動感度
+40
LSB
+0.8
mV
±0.3
ゲイン誤差温度ドリフト
LSB
LSB
ppm/℃
±0.3
ppm/℃
±0.25
LSB
102
dB4
125
dB
AC精度
ダイナミック・レンジ
VREF=5V
101
オーバーサンプリング・
ダイナミック・レンジ5
fIN=1kSPS
S/N比
fIN=1kHz、VREF=5V
100
101.5
dB
fIN=1kHz、VREF=2.5V
94.5
96
dB
−125
dB
−125
dB
101.5
dB
115
dB
スプリアスフリー・ダイナミック・
レンジ(SFDR)
fIN=1kHz、VREF=5V
全高調波歪み(THD)
fIN=1kHz、VREF=5V
信号/ノイズ&歪み比(SINAD)
fIN=1kHz、VREF=5V
6
相互変調歪み(IMD)
1
100
「アナログ入力」を参照。
2
LSBは最下位ビットを意味します。入力範囲が±5Vの場合、1LSB=38.15µV。
3
「用語の説明」を参照。これらの仕様にはすべての温度範囲の変動が含まれますが、外部リファレンスによる誤差分は含まれません。
4
dB表示の仕様はすべてフルスケール入力(FSR)を基準とします。特に指定のない限り、フルスケールより0.5dB低い入力信号でテスト。
5
ダイナミック・レンジを得るには、400kSPSのスループットfSで使用しているADCをオーバーサンプリングし、出力ワードレートfOでポストデジタル・フィルタ処理を行いま
す。
6
fIN1=21.4kHz、fIN2=18.9kHz(フルスケールより7dB低い周波数)
REV. A
―3―
AD7690
VDD=4.75∼5.25V、VIO=2.3V∼VDD、VREF=VDD。特に指定のない限り、すべての仕様はTMIN∼TMAXで規定。
表3
パラメータ
Min
条件
Typ
Max
単位
VDD+0.3
V
リファレンス
0.5
電圧範囲
負荷電流
400kSPS、REF=5V
100
µA
9
MHz
2.5
ns
サンプリング動特性
−3dB入力帯域幅
アパーチャ遅延
VDD=5V
デジタル入力
ロジック・レベル
VIL
−0.3
+0.3×VIO
V
VIH
0.7×VIO
VIO+0.3
V
IIL
−1
+1
µA
IIH
−1
+1
µA
デジタル出力
2の補数シリアル18ビット
データ・フォーマット
パイプライン遅延
変換結果は変換終了後直ちに出力される
VOL
ISINK=+500 µA
VOH
ISOURCE=−500 µA
VIO−0.3
0.4
V
VDD
仕様性能
4.75
5.25
V
VIO
仕様性能
2.3
VDD+0.3
V
VDD+0.3
V
50
nA
V
電源
VIO範囲
1.8
スタンバイ電流1、2
VDDおよびVIO=5V、25℃
1
消費電力
VDD=5V、100SPSスループット
4.25
VDD=5V、100kSPSスループット
4.25
5
mW
VDD=5V、400kSPSスループット
17
20
mW
µW
50
変換当たりのエネルギー
nJ/サンプル
温度範囲3
仕様性能
1
2
3
TMIN∼TMAX
−40
+85
℃
すべてのデジタル入力を必要に応じてVIOまたはGNDに接続。
アクイジション時。
拡張温度範囲については代理店および弊社営業部にお問い合わせください。
―4―
REV. A
AD7690
タイミング仕様
VDD=4.75∼5.25V、VIO=2.3V∼VDD、VREF=VDD。特に指定のない限り、すべての仕様はTMIN∼TMAXで規定。
表41
パラメータ
記号
Min
変換時間:CNVの立上がりエッジから出力データが得られるまでの時間
tCONV
0.5
アクイジション時間
tACQ
400
変換と変換の間隔
tCYC
2.5
µs
tCNVH
10
ns
tSCK
15
ns
VIO>4.5V
17
ns
VIO>3V
18
ns
VIO>2.7V
19
ns
VIO>2.3V
20
ns
__
CNVパルス幅(CSモード)
__
SCK周期(CSモード)
SCK周期(チェーン・モード)
Typ
単位
2.1
µs
ns
tSCK
SCKローレベル時間
tSCKL
7
ns
SCKハイレベル時間
tSCKH
7
ns
SCKの立下がりエッジからデータ有効まで
tHSDO
4
ns
SCKの立下がりエッジからデータ有効までの遅延
tDSDO
VIO>4.5V
14
ns
VIO>3V
15
ns
VIO>2.7V
16
ns
17
ns
VIO>4.5V
15
ns
VIO>2.7V
18
ns
22
ns
25
ns
VIO>2.3V
__
CNVまたはSDIのローレベルからSDO D17 MSB有効まで(CSモード)
tEN
VIO>2.3V
CNVまたはSDIのハイレベルまたは直前の
SCK立下がりエッジから、
__
SDOの高インピーダンスまで(CSモード)
__
CNV立上がりエッジからSDI有効のセットアップ時間(CSモード)
__
CNV立上がりエッジからSDI有効のホールド時間(CSモード)
tDIS
CNV立上がりエッジからSCK有効のセットアップ時間(チェーン・モード)
tSSDICNV
15
ns
tHSDICNV
0
ns
tSSCKCNV
5
ns
CNV立上がりエッジからのSCK有効のホールド時間(チェーン・モード)
tHSCKCNV
10
ns
SCK立下がりエッジからのSDI有効のセットアップ時間(チェーン・モード)
tSSDISCK
3
ns
SCK立下がりエッジからのSDI有効のホールド時間(チェーン・モード)
tHSDISCK
4
ns
SDIのハイレベルからSDOのハイレベルまで(チェーン・モード、
BUSYインジケータあり)
tDSDOSDI
VIO>4.5V
15
ns
VIO>2.3V
26
ns
負荷条件については、図3と図4を参照。
500µA
70% VIO
I OL
30% VIO
tDELAY
1.4V
SDOへ
CL
50pF
I OH
2VまたはVIO−0.5V 1
0.8Vまたは0.5V 2
0.8Vまたは0.5V 2
注:
1. VIO>2.5Vの場合2V、VIO<2.5Vの場合VIO−0.5V
2. VIO>2.5Vの場合0.8V、VIO<2.5Vの場合0.5V
02968-002
500µA
図3. デジタル・インターフェース・タイミング測定時の
負荷回路
REV. A
tDELAY
2VまたはVIO−0.5V 1
図4.
―5―
タイミング測定の電圧レベル
02968-003
1
Max
AD7690
絶対最大定格
表5
パラメータ
アナログ入力
IN+1、IN−1
REF
左記の絶対最大定格を超えるストレスを加えると、デバイスに
恒久的な損傷を与えることがあります。この規定はストレス定
格のみを指定するものであり、この仕様の動作セクションに記
載する規定値以上でのデバイス動作を定めたものではありませ
ん。デバイスを長時間絶対最大定格状態に置くと、デバイスの
信頼性に影響を与えることがあります。
定格値
GND−0.3V∼VDD+0.3V
または±130mA
GND−0.3V∼VDD+0.3V
ESDに関する注意
電源電圧
1
GNDに対するVDD、VIO
−0.3∼+7V
VIOに対するVDD
±7V
GNDに対するデジタル入力
−0.3V∼VIO+0.3V
GNDに対するデジタル出力
−0.3V∼VIO+0.3V
保存温度範囲
−65∼150℃
ジャンクション温度
150℃
θJA熱抵抗(10ピンMSOP)
200℃/W
θJC熱抵抗(10ピンMSOP)
44℃/W
ピン温度範囲
JEDEC J-STD-20
ESD(静電放電)の影響を受けやすいデバイス
です。電荷を帯びたデバイスや回路ボードは、
検知されないまま放電することがあります。本
製品は当社独自の特許技術であるESD保護回路
を内蔵してはいますが、デバイスが高エネル
ギーの静電放電を被った場合、損傷を生じる可
能性があります。したがって、性能劣化や機能
低下を防止するため、ESDに対する適切な予防
措置を講じることをお勧めします。
「アナログ入力」を参照。
―6―
REV. A
AD7690
ピン配置と機能の説明
REF 1
VDD
2
IN+ 3
IN–
10
VIO
AD7690
9
SDI
上面図
8
SCK
4 (実寸ではありません) 7
GND 5
図5.
表6.
1
6
SDO
CNV
10 VIO
VDD 2
IN+ 3
AD7690
上面図
IN– 4
GND 5
図6.
10ピンMSOPのピン配置
(実寸ではありません)
9
SDI
8
SCK
7
SDO
6
CNV
05792-005
1
05792-004
REF
10ピンQFN(LFCSP)のピン配置
ピン機能の説明
ピン番号
記号
タイプ1
説明
1
REF
AI
リファレンス入力電圧。REFの範囲は0.5V∼VDD。GNDピンを基準とします。この
ピンは、ピンの近くで10µFコンデンサを使ってGNDにデカップリングする必要があ
ります。
2
VDD
P
電源
3
IN+
AI
正側差動アナログ入力
4
IN−
AI
負側差動アナログ入力
5
GND
P
電源グラウンド
6
CNV
DI
変換入力。この入力には複数の機能があります。入力信号の立上がりエッジで変換を
__
開始し、デバイスのインターフェース・モード(チェーン・モードまたは
CSモード)
__
を選択します。CSモードでは、このピンがローレベルのときSDOピンがイネーブルに
なります。チェーン・モードでは、CNVがハイレベルのときにデータを読み出す必要
があります。
7
SDO
DO
シリアル・データ出力。変換結果がこのピンに出力されます。SCKに同期します。
8
SCK
DI
シリアル・データ・クロック入力。デバイスが選択されると、変換結果がこのクロッ
クによってシフト出力されます。
9
SDI
DI
シリアル・データ入力。この入力には複数の機能があります。以下のように、ADCの
インターフェース・モードを選択します。
CNVの立上がりエッジでSDIがローレベルの場合、チェーン・モードが選択されます。
このモードでは、SDIはデータ入力として使用され、複数のADCの変換結果を1本の
SDOラインにデイジーチェーン接続します。SDIのデジタル・データ・レベルは、
SCKの18周期分の遅延でSDO上に出力されます。 __
CNVの立上がりエッジでSDIがハイレベルの場合、CSモードが選択されます。この
モードでは、SDIまたはCNVのいずれかがローレベルのときにシリアル出力信号をイ
ネーブルにできます。変換完了時にSDIまたはCNVがローレベルのときは、BUSYイ
ンジケータ機能がイネーブルになります。
10
VIO
P
入出力インターフェースのデジタル電源。通常、ホストのインターフェース電源
(1.8V、2.5V、3V、5V)と同じ電源が使われます。
AI=アナログ入力、DI=デジタル入力、DO=デジタル出力、P=電源
REV. A
―7―
AD7690
用語の説明
積分非直線性誤差(INL)
負側フルスケールと正側フルスケールを結ぶ直線と実際の各
コード出力との差を意味します。負側フルスケールとして使用
するポイントは、最初のコード遷移より 0.5LSB だけ下に存在
します。正側フルスケールは、最後のコード遷移より 1.5LSB
高いレベルと定義されます。偏差は各コードの中央と真の直線
との距離として測定されます(図25を参照)。
有効分解能
これは次式で求められ、ビット数で表します。
微分非直線性誤差(DNL)
理想的なADCでは、各コード遷移は1LSBだけ離れた位置で発
生します。DNLとは、この理論値からの最大偏差のことです。
通常は、ノー・ミッシング・コードが保証される分解能として
規定されることもあります。
ダイナミック・レンジ
フルスケールのRMS値と、入力を短絡して測定した全RMSノ
イズとの比で、dB値で表します。
有効分解能=log2(2N/RMS入力ノイズ)
全高調波歪み(THD)
最初の5つの高調波成分のRMS値の総和と、フルスケール入力
信号のRMS値との比であり、dB値で表します。
ゼロ誤差
理想的なミッドスケール入力電圧(0V)と、ミッドスケール出
力コード(0LSB)を生成する実際の電圧との差をいいます。
S/N比(SNR)
実際の入力信号のRMS値と、ナイキスト周波数より下の全スペ
クトル成分のRMS値総和から高調波成分とDC成分を除いた値
との比で、dB値で表します。
信号/ノイズ&歪み比(SINAD)
実際の入力信号のRMS値と、ナイキスト周波数より下の全スペ
クトル成分のRMS値総和(DC以外の高調波成分を含む)との
比であり、dB値で表します。
ゲイン誤差
最初の遷移(100...00から100...01)は、公称負側フルスケール
より0.5LSB高いアナログ電圧で発生します(±5V範囲では−
4.999981V)。最後の遷移(011...10から011...11)は、公称正
側フルスケールより 1.5LSB 低いアナログ電圧で発生します
(±5V範囲では4.999943V)。ゲイン誤差は、最後の遷移の実際
のレベルと最初の遷移の実際のレベルとの差と、対応する理論
値の差との偏差を表します。
アパーチャ遅延
アクイジション性能を表し、CNV入力の立上がりエッジから、
入力信号が変換用にホールドされるまでの時間として測定され
ます。
過渡応答
フルスケールのステップ関数が与えられてから、ADCが入力を
正常に受け取るまでに要する時間です。
スプリアスフリー・ダイナミック・レンジ(SFDR)
入力信号のRMS振幅値とピーク・スプリアス信号のRMS値と
の差を意味し、dB値で表します。
有効ビット数(ENOB)
サイン波を入力したときの分解能の測定値であり、ビット数で
表します。SINADとの関係は次式で表します。
ENOB=(SINADdB−1.76)/6.02
ノイズフリーのコード分解能
これを超えると個々のコードを分解できなくなるビット数。こ
れは次式で求められます。
ノイズフリーのコード分解能
=log2(2N/ピークtoピーク・ノイズ)
―8―
REV. A
AD7690
代表的な性能特性
1.0
1.5
正側INL = +0.42LSB
負側INL = –0.6LSB
1.0
0.5
DNL(LSB)
INL(LSB)
0.5
0
0
–0.5
–0.5
0
65536
131072
262144
196608
コード
図7.
–1.0
05792-025
–1.5
0
65536
131072
196608
262144
コード
図10.
コード 対 積分非直線性
80k
05792-027
–1.0
コード 対 微分非直線性
60k
VDD = REF = 5V
52500
67198
70k
VDD = REF = 5V
53936
50k
60k
40k
回数
回数
50k
40k
30k
31666
27546
30k
20k
20k
12623
11212
10k
10k
55
57
58
1991
2614
59
5A
5B
5C
5D
18
0
0
5E
5F
60
コード(16 進値)
図8.
SNR(dB)
振幅(フルスケールの dB)
34
263
35
36
37
38
39
3
0
3A
0
3B
3C
105
–110
104
–112
103
–114
102
–60
–80
–100
–120
–140
–116
SNR
101
–118
100
–120
99
–122
98
–124
97
96
–180
95
–10
0
20
40
60
80
100
120
140
周波数(kHz)
図9.
160
180
200
05792-026
–160
REV. A
33
図11. コード遷移におけるDC入力のヒストグラム
SNR = 101.4dB
THD = –122dB
SFDR = 130dB
SINAD = 101.3dB
–40
533
2
32
コード(16 進値)
fS = 400kSPS
fIN = 1.99kHz
–20
0
31
コード中央値のDC入力のヒストグラム
0
0
0
–126
THD
–128
–130
–8
–6
–4
–2
入力レベル(dB)
FFTプロット
図12.
―9―
入力レベル 対 SNR、THD
0
05792-047
39
05792-039
0
THD(dB)
0
05792-037
0
AD7690
20
104
–100
135
SNR
17
98
ENOB
96
16
94
15
THD(dB)
18
ENOB(ビット)
SNR、SINAD(dB)
SINAD
100
–105
130
SFDR
–110
125
–115
120
SFDR(dB)
19
102
115
–120
2.7
3.1
3.5
3.9
4.3
4.7
14
5.5
5.1
リファレンス電圧(V)
図13.
–125
2.3
05792 029
92
2.3
2.7
3.1
3.5
3.9
4.3
4.7
110
5.5
5.1
リファレンス電圧(V)
リファレンス電圧 対 SNR、SINAD、
図16.
リファレンス電圧 対 THD、SFDR
ENOB
–90
103
V REF = 5V
V REF = 5V
102
–100
100
THD(dB)
SNR(dB)
101
99
–110
98
–120
97
–35
–15
5
25
45
65
85
105
125
温度(℃)
図14.
–130
–55
05792-030
95
–55
–15
5
25
45
65
85
105
125
温度(℃)
SNRの温度特性
図17.
105
THDの温度特性
–60
V REF = 5V、–10dB
100
–70
95
V REF = 5V、–1dB
–80
85
THD(dB)
90
V REF = 5V、–1dB
–90
–100
80
–110
75
V REF = 5V、–10dB
65
0
50
100
150
周波数(kHz)
図15.
200
–130
0
50
100
150
周波数(kHz)
SINADの周波数特性
図18.
― 10 ―
200
05792-044
–120
70
05792-043
SINAD(dB)
–35
05792-032
96
THDの周波数特性
REV. A
05792-031
THD
AD7690
1000
6
fS = 100kSPS
VDD
ゲイン誤差
4
ゼロ/ゲイン誤差(LSB)
VDD 動作電流(µA)
750
500
250
2
0
–2
–4
4.75
5.00
5.25
5.50
電源電圧(V)
図19.
–6
–55
05792-041
0
4.50
–35
–15
5
25
45
65
85
105
125
温度(℃)
図22.
電源電圧 対 動作電流
1000
05792-040
ゼロ誤差
VIO
ゼロ/ゲイン誤差の温度特性
25
tDSDO 遅延(ns)
パワーダウン電流(nA)
20
750
500
15
VDD = 5V、85°C
10
VDD = 5V、25°C
250
5
–35
–15
5
25
45
65
85
105
125
温度(℃)
図20.
0
05792-033
0
–55
0
図23.
1000
VDD
動作電流(µA)
750
500
250
–35
–15
5
25
45
65
85
温度(℃)
図21.
REV. A
105
125
05792-042
VIO
–6
–55
40
60
80
100
SDO 容量性負荷(pF)
パワーダウン電流の温度特性
fS = 100kSPS
20
動作電流の温度特性
― 11 ―
容量性負荷および電源電圧 対 tDSDO遅延
120
05792-034
VDD + VIO
AD7690
動作原理
IN+
スイッチ制御
MSB
131,072C 65,536C
LSB
4C
2C
C
SW+
C
BUSY
REF
COMP
GND
131,072C 65,536C
4C
2C
C
コントロール・
ロジック
出力コード
C
MSB
LSB
SW–
05792-006
CNV
IN–
図24.
ADCの簡略回路図
回路の説明
コンバータの動作
AD7690は、逐次比較型アーキテクチャを採用した高速、低消
費電力、単電源、高精度の18ビットADCです。
AD7690 は、電荷再分配式 DAC をベースにした逐次比較型
ADC です。図 24 に ADC の簡略回路を示します。この容量性
DACは、2進数の重みを持った18個のコンデンサで構成される
2列の同じアレイを備えています。各アレイはコンパレータの
2つの入力に接続されています。
AD7690は、毎秒400,000サンプル(400kSPS)の変換が可能
で、変換と変換の間ではパワーダウンします。たとえば、
1kSPS で動作する場合は消費電力が約 50µW ( typ )となり、
バッテリ駆動のアプリケーションに最適です。
AD7690はトラック&ホールドを内蔵し、パイプライン遅延や
レイテンシがないため、マルチプレクスされた複数チャンネル
のアプリケーションにとって理想的な製品となっています。
4.75∼5.25V電源で仕様規定されており、1.8∼5Vの任意のデ
ジタル・ロジック・ファミリーにインターフェースできます。
10ピンMSOPまたは省スペースと柔軟な構成を実現する小型の
QFN(LFCSP)で提供されます。
18 ビットの AD7691 、 AD7982 、および 16 ビットの AD7687 、
AD7688、AD7693とピン互換性があります。
アクイジション・フェーズでは、コンパレータの入力に接続さ
れたアレイの端子は、SW+とSW−を経由してGNDに接続さ
れます。すべての独立したスイッチはアナログ入力に接続され
ます。したがって、コンデンサ・アレイはサンプリング・コン
デンサとして使用され、IN+とIN−入力でアナログ信号を取り
込みます。アクイジション・フェーズが完了してCNV入力がハ
イレベルになると、変換フェーズが開始されます。変換フェー
ズが開始されると、まずSW+とSW−が開きます。次に、2列
のコンデンサ・アレイが入力から切り離されて、 GND 入力に
接続されます。したがって、アクイジション・フェーズの終わ
りに取り込まれた入力IN+とIN−の間の差動電圧がコンパレー
タ入力に接続され、コンパレータの平衡性が失われます。コン
デンサ・アレイの各エレメントを GND と REF の間でスイッチ
ングすることにより、コンパレータ入力は2 進数重みの電圧ス
テップ(VREF/2、VREF/4 ...VREF/262,144)で変化します。コン
トロール・ロジックがこれらのスイッチをトグルして(MSBか
ら開始)、コンパレータを再度平衡状態にします。この処理が
終了すると、コントロール・ロジックが ADC 出力コードと
BUSY信号インジケータを生成します。
AD7690は変換クロックを内蔵しているため、変換処理のため
のシリアル・クロック(SCK)は不要です。
― 12 ―
REV. A
AD7690
表7.
ADC コード(2 の補数)
伝達関数
AD7690の理論上の伝達特性を図25と表7に示します。
011...111
011...110
011...101
出力コードと入力電圧の理論値
説明
アナログ入力
VREF=5V
デジタル出力
コード(16進値)
FSR−1LSB
+4.999962V
0x1FFFF1
ミッドスケール+1LSB
+38.15µV
0x00001
ミッドスケール
0V
0x00000
ミッドスケール−1LSB
−38.15µV
0x3FFFF
−FSR+1LSB
−4.999962V
0x20001
−FSR
−5V
0x200002
1
アナログ入力範囲を超えた場合のコードでもあります( V I N + − V I N − > V R E F −
VGND)。
2
アナログ入力範囲を下回った場合のコードでもあります(VIN+−VIN−<VGND)。
100...010
100...001
–FSR + 1LSB
+FSR – 1LSB
+FSR – 1.5LSB
–FSR + 0.5LSB
アナログ入力
図25.
代表的な接続図
図26に、複数の電源電圧を使用する場合の推奨接続図の例を示
します。
05792-007
100...000
–FSR
ADCの理論的伝達関数
V+
REF 1
5V
10µF 2
100nF
V+
1.8V∼VDD
100nF
15Ω
REF
0∼V REF
VDD
IN+
ADA4841-2 3
2.7nF
V–
V+
AD7690
SCK
SDO
4
IN–
15Ω
VIO
SDI
3線式または4線式
インターフェース 5
CNV
GND
V REF ∼0
ADA4841-2 3
2.7nF
V–
1 リファレンスの選択については、「電圧リファレンス入力」の項を参照。
2C
REFは通常、10µFのセラミック・コンデンサ(X5R)です。
3 その他の推奨アンプについては、表8を参照。
4 オプションのフィルタ。「アナログ入力」の項を参照。
5 最も便利なインターフェース・モードについては、「デジタル・インターフェース」の項を参照。
図26.
REV. A
複数の電圧を使用した代表的なアプリケーション
― 13 ―
05792-008
4
AD7690
アナログ入力
図27に、AD7690の入力構造の等価回路を示します。
ダイオードD1とD2は、アナログ入力IN+とIN−のESD保護用
です。アナログ入力信号が電源レールより0.3V以上超えないよ
うに注意してください。これらのダイオードが順方向にバイア
スされて、電流が流れてしまうためです。ダイオードは、最大
130mAの順方向バイアス電流を処理できます。たとえば、この
ような状態は入力バッファ(U1)の電源がVDDと異なるとき
に注意が必要です。このような場合(たとえば入力バッファ回
路が短絡されるような場合)、電流制限抵抗などを使ってデバ
イスを保護する必要があります。
駆動回路のソース・インピーダンスが小さい場合は、AD7690
を直接駆動できます。ソース・インピーダンスが大きい場合は、
AC性能、特に全高調波歪み(THD)が大きな影響を受けます。
DC 性能は、入力インピーダンスの影響をあまり受けません。
最大ソース・インピーダンスは、許容可能なTHDの値によって
異なります。THDは、ソース・インピーダンスと最大入力周波
数の大きさに応じて劣化します。
–80
–90
–95
CIN
GND
図27.
100Ω
–105
33Ω
–110
D2
50Ω
–115
05792-009
CPIN
RIN
250Ω
–100
15Ω
–120
–125
アナログ入力の等価回路
–130
このアナログ入力構造を使うと、IN+とIN−との間の真の差動
信号のサンプリングが可能になります。このような差動入力を
使用することにより、両入力の同相信号が除去されます。
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
周波数(kHz)
図29.
05792-047
D1
THD(dB)
VDD
IN+
またはIN–
V REF = VDD = 5V
–85
アナログ入力周波数およびソース抵抗 対 THD
90
ドライバ・アンプの選択
V REF = VDD = 5V
85
AD7690の駆動は簡単ですが、ドライバ・アンプは次の条件を
80
満たす必要があります。
CMRR(dB)
75
• AD7690 の SNR と遷移ノイズ性能を維持するため、ドライ
70
バ・アンプによるノイズをできるだけ低く抑える必要があ
ります。ドライバから発生するノイズは、AD7690アナログ
入力回路のRINとCINから構成される単極ローパス・フィルタ
または外付けフィルタ(使用した場合)によって除去され
ます。AD7690のノイズは28µVrms(typ)であるため、ア
ンプに起因するSNRの劣化は次式で表されます。
65
60
55
50
45
1
10
100
1000
周波数(kHz)
図28.
10000
SNRLOSS=20log
05792-036
40
28
π
2+ π f
2
(NeN–)
f (NeN+)
282+
2 –3dB
2 –3dB
アナログ入力CMRRの周波数特性
アクイジション・フェーズでは、アナログ入力(IN+、IN−)
のインピーダンスは、RINとCINの直列接続で構成されたネット
ワーク(回路)とコンデンサCPINとの並列組み合わせとしてモ
デル化できます。CPINは主にピン容量です。RINは600Ω(typ)
で、直列抵抗とスイッチのオン抵抗で構成されます。 C I N は
30pF(typ)で、主にADCサンプリング・コンデンサです。
スイッチが開いている変換フェーズでは、入力インピーダンス
はCPINに制限されます。RINとCINで単極ローパス・フィルタが
構成されるので、不要なエイリアシング(折返し)の影響が削
減され、ノイズが制限されます。
― 14 ―
ここで、
f − 3dB は AD7690 のメガヘルツ単位の入力帯域幅( 9MHz )、
または入力フィルタのカットオフ周波数(使用した場合)。
Nは、アンプのノイズ・ゲイン(たとえば、バッファ構成で
は1)。
eN+とeN−は、IN+とIN−に接続されているオペアンプの等
価入力ノイズ電圧密度(nV/ Hz )。
この概算式はアンプ周辺の抵抗値が小さい場合に使用でき
ます。比較的大きな抵抗を使用する場合、その抵抗ノイズ
分との二乗和平方根を計算する必要があります。
REV. A
AD7690
• ACアプリケーションの場合、ドライバはAD7690に見合う
THD性能を持つ必要があります。
• 多チャンネルをマルチプレクスするアプリケーションの場
合、ドライバ・アンプとAD7690アナログ入力回路は共に、
コンデンサ・アレイのフルスケール・ステップに対して 18
ビット・レベル(0.0004%、4ppm)でセトリングする必要
があります。アンプのデータシートでは、一般に0.1∼
0.01%でのセトリングが規定されています。しかし、これは
18 ビット・レベルでのセトリング時間とは大幅に異なるこ
R5
R6
R3
R4
+5V REF
10µF
REF
15Ω
VDD
IN+
2.7nF
AD7690
2.7nF
IN–
100nF
15Ω
とがあるため、ドライバを選択する前に確認する必要があ
ります。
GND
ADA4941
±10V、±5V、...
推奨ドライバ・アンプ
R1
R2
05792-010
表8.
+5.2V
+5.2V
100nF
アンプ
代表的なアプリケーション
ADA4941-1
超低ノイズ、低消費電力、シングルエ
ンド/差動
ADA4841-x
超低ノイズ、小型、低消費電力
電圧リファレンス入力
AD8655
5V単電源、低ノイズ
AD8021
超低ノイズ、高速
AD7690の電圧リファレンス入力REFは、動的入力インピーダ
ンスを持っています。したがって、 REF ピンと GND ピンの間
AD8022
低ノイズ、高速
OP184
低消費電力、低ノイズ、低速
AD8605、AD8615
5V単電源、低消費電力
CF
図30.
を効果的にデカップリングした低インピーダンス・ソースで駆
動する必要があります(「レイアウト」の項を参照)。
REFを超低インピーダンス・ソース(AD8031またはAD8605
をリファレンス・バッファとして使用)で駆動する場合、10µF
(X5R、0805サイズ)のセラミック・チップ・コンデンサでデ
カップリングを行えば最適な性能を得ることができます。
シングルエンド/差動変換ドライバ
シングルエンド・アナログ信号(ユニポーラまたはバイポーラ)
を使用するアプリケーションでは、シングルエンド/差動変換
ドライバ「ADA4941-1 」により、デバイスへの差動入力が可
能となります。図30に回路図を示します。
R1とR2では、入力範囲とADC範囲(VREF)の間の減衰率を設
定します。R1、R2、CFは、必要な入力抵抗、信号帯域幅、ア
ンチエイリアシング、およびノイズ寄与分 に応じて選択します。
たとえば、4kΩインピーダンスで±10Vの範囲の場合は、R2=
1kΩ、R1=4kΩとします。
R3とR4ではADCのIN−入力上のコモンモードを設定し、R5と
R6 ではIN +入力上のコモンモードを設定します。コモンモー
ドは、VREF/2に近い値に設定する必要があります。ただし、単
電源が必要な場合は、 V R E F /2 より若干大きな値に設定して
ADA4941-1の出力段にいくらかヘッドルームを与えることが
できます。たとえば、単電源で± 10V の範囲の場合は、 R3 =
8.45kΩ、R4=11.8kΩ、R5=10.5kΩ、R6=9.76kΩとします。
REV. A
シングルエンド/差動変換ドライバ回路
バッファなしでリファレンス電圧を使用する場合、デカップリ
ング値は使用するリファレンスに依存します。たとえば、低温
度ドリフトの ADR43x リファレンスを使用する場合は、 22µF
(X5R、1206サイズ)のセラミック・チップ・コンデンサを使
えば最適な性能を得ることができます。
必要であれば、2.2µFほどの小さな値のリファレンス・デカッ
プリング・コンデンサを使って、性能、特にDNLへの影響を最
小限に抑えることができます。
この場合、 REF ピンと GND ピン間に小さな値のセラミック・
デカップリング・コンデンサ(100nFなど)を追加する必要は
ありません。
― 15 ―
AD7690
電源
5V
AD7690では、コア電源VDD、デジタル入出力インターフェー
ス電源 VIO という 2 種類の電源ピンを使用します。 VIO では、
1.8V∼VDDで動作するロジックに直接インターフェースできま
す。所要電源数を減らすため、VIOとVDDピンを相互に接続で
きます。AD7690は、VIOとVDD間の電源シーケンスに依存し
ていません。また、図31に示すように、広い周波数範囲で電源
5V
10Ω
5V
10kΩ
AD8031
1µF
10µF
1µF
1
REF
VDD
VIO
電圧変動に対して安定しています。
1オプションのリファレンス・バッファとフィルタ
90
図33.
PSRR(dB)
85
アプリケーション回路の一例
デジタル・インターフェース
AD7690のピン数は少ないですが、シリアル・インターフェー
80
ス・モードが柔軟性を提供します。
__
CSモードの場合、AD7690はSPI、QSPI、デジタル・ホスト、
DSP(Blackfin® ADSP-BF53x、ADSP-219xなど)と互換性が
あります。このモードでは、 3 線式または 4 線式のインター
フェースを使用できます。CNV、SCK、SDO信号を使用する
3線式インターフェースは、配線接続が最小限に抑えられるの
で、絶縁アプリケーションなどに適しています。SDI、CNV、
SCK 、SDO 信号を使用する4 線式インターフェースの場合は、
変換を開始するCNV信号を読出しタイミング(SDI)に依存せ
75
65
10
1
100
1000
10000
周波数(kHz)
図31.
05792-035
70
PSRRの周波数特性
D7690は各変換フェーズの終わりで自動的にパワーダウンする
ため、消費電力はサンプリング・レートに比例します。した
がって、このデバイスは低サンプリング・レート(場合によっ
ては数 Hz )で低消費を必要とするバッテリ駆動のアプリケー
ションに最適です。
10000
VDD = 5V
100
10
0.1
0.01
1k
10k
100k
サンプリング・レート(SPS)
図32.
1M
BUSYインジケータ機能は次の場合にイネーブルになります。
__
• CSモードでは、ADCの変換終了時にCNVまたはSDIがロー
レベルになったとき(図37と図41を参照)。
• チェーン・モードでは、CNVの立上がりエッジ中にSCKが
ハイレベルになったとき(図45を参照)。
05792-045
100
チェーン・モードではデイジーチェーン機能を利用できます。
この場合は、SDI入力を使って、シフト・レジスタに類似した
1本のデータ・ライン上で複数のADCをカスケード接続できま
す。
いずれのモードでも、データビットの前にスタート・ビットを
置くオプションがあります。このスタート・ビットはBUSY信
号インジケータとして使用でき、デジタル・ホストに割込みを
かけてデータの読出しをトリガできます。BUSYインジケータ
を使用しない場合は、読出し前に最大変換時間が経過するまで
待つ必要があります。
VIO
1
0.001
10
ずに使用できます。これは、低ジッタ・サンプリングや同時サ
ンプリングなどのアプリケーションに有用です。
SDIのレベ
デバイスの動作モードは、CNV立上がりエッジ時の
__
ルで決まります。SDIがハイレベルのときはCSモードが選択さ
れ、SDIがローレベルのときはチェーン・モードが選択されま
す。SDIのホールド時間については、SDIとCNVが相互接続さ
れているときに、チェーン・モードが選択されます。
1000
動作電流(µA)
05792-046
AD7690
95
サンプリング・レート 対 動作電流
リファレンスを使ったADCへの電源供給
アプリケーションを簡素化するため、図33に示すように、動作
電流の小さいAD7690にリファレンス回路から直接電源を供給
することもできます。リファレンス・ラインの駆動には以下の
方法があります。
• システム電源(直接駆動)から
• ADR43x など、十分な電流出力能力を持つリファレンス電
圧から
• AD8031などのリファレンス・バッファから。これは、図33
に示すように、システム電源をフィルタすることもできま
す。
― 16 ―
REV. A
AD7690
__
CSモード3線式、BUSYインジケータなし
能時間の間ハイレベルを維持して、BUSY信号インジケータの
生成を防止する必要があります。変換が完了すると、AD7690
はアクイジション・フェーズに入り、パワーダウンします。
CNVがローレベルになると、MSBがSDOに出力されます。残
りのデータビットは後続のSCK立下がりエッジでクロック出力
されます。データはSCKの両エッジで有効です。立上がりエッ
ジを使ってデータを取り込むことはできますが、デジタル・ホ
ストはホールド時間が許容できる限りSCKの立下がりエッジを
使ってより高速な読出しレートを達成します。SCKの18番目の
立下がりエッジの後またはCNVがハイレベルになるときのいず
れか早いほうで、SDOが高インピーダンス状態に戻ります。
このモードは通常、1個のAD7690をSPI互換のデジタル・ホス
トに接続しているときに使用します。図34に接続図を、図35に
対応するタイミングを示します。
SDIをVIOに接続している場合、
CNVの立上がりエッジで変換
__
が開始され、CS モードが選択されて、SDO が強制的に高イン
ピーダンスになります。高インピーダンス状態はCNVの状態に
関わりなく変換処理が完了するまで維持されます。これは、
CNVをローレベルにして他のSPIデバイス(アナログ・マルチ
プレクサなど)を選択する場合などに有用です。ただし、CNV
は最小変換時間が経過する前にハイレベルに戻り、最大変換可
変換
デジタル・ホスト
CNV
VIO
SDI
AD7690
データ入力
SDO
05792-011
SCK
CLK
図34.
__
3線式CSモード、BUSYインジケータなしの接続図(SDIハイレベル)
SDI = 1
tCYC
tCNVH
CNV
tCONV
アクイジション
tACQ
変換
アクイジション
tSCK
tSCKL
1
2
3
16
tHSDO
図35.
REV. A
18
tSCKH
tDSDO
tEN
SDO
17
D17
D16
D15
tDIS
D1
D0
05792-012
SCK
__
3線式CSモード、BUSYインジケータなしのシリアル・インターフェース・タイミング(SDIハイレベル)
― 17 ―
AD7690
__
CSモード3線式、BUSYインジケータあり
プしてこの遷移を割込み信号として使用し、デジタル・ホスト
により制御されるデータ読出しを開始できます。この後、
AD7690はアクイジション・フェーズに入り、パワーダウンし
ます。データビットは、後続の SCK 立下がりエッジで MSB
ファーストでクロック出力されます。データはSCKの両エッジ
で有効です。立上がりエッジを使用してデータを取り込むこと
はできますが、デジタル・ホストはホールド時間が許容できる
限りSCKの立下がりエッジを使ってより高速な読出しレートを
達成します。オプションの19番目のSCK立下がりエッジの後ま
たは CNV がハイレベルになるときのいずれか早いほうで、
SDOが高インピーダンス状態に戻ります。
このモードは通常、1個のAD7690を、割込み入力を持つSPI互
換のデジタル・ホストに接続しているときに使用します。
図36に接続図を、図37に対応するタイミングを示します。
SDIをVIOに接続している場合、
CNVの立上がりエッジで変換
__
が開始され、CS モードが選択されて、SDO が強制的に高イン
ピーダンスになります。SDO の高インピーダンス状態はCNV
の状態に関わりなく変換処理が完了するまで維持されます。最
小変換時間の前にCNVを使って他のSPIデバイス(アナログ・
マルチプレクサなど)を選択できますが、最小変換時間が経過
する前にローレベルに戻って最大変換可能時間の間ローレベル
を維持し、BUSY信号インジケータが確実に生成されるように
する必要があります。変換が完了すると、SDOは高インピーダ
ンスから低インピーダンスになります。SDOラインをプルアッ
複数のAD7690が同時に選択された場合、SDO出力ピンは損傷
やラッチアップの問題を引き起こすことなくこの競合を処理し
ます。余分な電力消費を防ぐため、この競合はできるだけ短時
間に抑えることを推奨します。
変換
VIO
デジタル・ホスト
CNV
VIO
47kΩ
AD7690
データ入力
SDO
SCK
IRQ
05792-013
SDI
CLK
図36.
__
3線式CSモード、BUSYインジケータありの接続図(SDIハイレベル)
SDI = 1
tCYC
tCNVH
CNV
tCONV
アクイジション
tACQ
変換
アクイジション
tSCK
tSCKL
1
2
3
17
tHSDO
18
19
tSCKH
tDSDO
SDO
図37.
D17
D16
tDIS
D1
D0
05792-014
SCK
__
3線式CSモード、BUSYインジケータありのシリアル・インターフェース・タイミング(SDIハイレベル)
― 18 ―
REV. A
AD7690
__
CSモード4線式、BUSYインジケータなし
ハイレベルを維持して、BUSY信号インジケータの生成を防止
する必要があります。変換が完了すると、AD7690はアクイジ
ション・フェーズに入り、パワーダウンします。各ADCの処理
結果は、SDI入力をローレベルにして読み出すことができます。
SDI入力がローレベルになると、MSBがSDOに出力されます。
残りのデータビットは後続のSCK立下がりエッジでクロック出
力されます。データは SCK の両エッジで有効です。立上がり
エッジを使用してデータを取り込むことはできますが、デジタ
ル・ホストはホールド時間が許容できる限り SCK の立下がり
エッジを使ってより高速な読出しレートを達成します。SCKの
18番目の立下がりエッジの後またはSDIがハイレベルになると
きのいずれか早いほうで、SDOが高インピーダンス状態に戻り
ます。その結果、もう一方のAD7690の読出しが可能となりま
す。
このモードは通常、複数の AD7690 を SPI 互換のデジタル・ホ
ストに接続しているときに使用します。
図38に2個のAD7690を使用した接続回路の例を、図39に対応
するタイミングを示します。
SDIがハイレベルの場合、
CNVの立上がりエッジで変換が開始
__
され、CS モードが選択されて、SDO が強制的に高インピーダ
ンスになります。このモードでは、変換フェーズとその後の
データ読出し時に CNV をハイレベルに維持します( SDI と
CNVがローレベルの場合、SDOはローレベルに駆動されます)。
最小変換時間の前に SDI を使って他の SPI デバイス(アナロ
グ・マルチプレクサなど)を選択できますが、SDIは最小変換
時間が経過する前にハイレベルに戻り、最大変換可能時間の間
CS2
CS1
変換
CNV
AD7690
SDO
SDI
AD7690
SCK
SDO
SCK
05792-015
SDI
デジタル・ホスト
CNV
データ入力
CLK
図38.
__
4線式CSモード、BUSYインジケータなしの接続図
tCYC
CNV
アクイジション
tCONV
tACQ
変換
アクイジション
tSSDICNV
SDI(CS1)
tHSDICNV
SDI(CS2)
tSCK
tSCKL
1
2
16
3
tHSDO
D17
図39.
REV. A
18
19
20
34
35
36
tDSDO
tEN
SDO
17
tSCKH
D16
D15
tDIS
D1
D0
D17
D16
D1
__
4線式CSモード、BUSYインジケータなしのシリアル・インターフェース・タイミング
― 19 ―
D0
05792-016
SCK
AD7690
__
CSモード4線式、BUSYインジケータあり
時間が経過する前にローレベルに戻り、最大変換可能時間の間
ローレベルを維持して、BUSY信号インジケータが確実に生成
されるようにする必要があります。変換が完了すると、SDOは
高インピーダンスから低インピーダンスになります。SDOライ
ンをプルアップしてこの遷移を割込み信号として使用し、デジ
タル・ホストにより制御されるデータ読出しを開始できます。
この後、AD7690はアクイジション・フェーズに入り、パワー
ダウンします。データビットは、後続のSCK立下がりエッジで
MSB ファーストでクロック出力されます。データは SCK の両
エッジで有効です。立上がりエッジを使用してデータを取り込
むことはできますが、デジタル・ホストはホールド時間が許容
できる限り SCK の立下がりエッジを使ってより高速な読出し
レートを達成します。オプションの19番目のSCK立下がりエッ
ジの後またはSDIがハイレベルになるときのいずれか早いほう
で、SDOが高インピーダンス状態に戻ります。
このモードは通常、1個のAD7690を、割込み入力を持つSPI互
換のデジタル・ホストに接続しているときにこのモードを使用
します。アナログ入力のサンプリングに使用するCNVは、デー
タ読出し選択用の信号に依存しないようにする必要がありま
す。この条件は、CNVで低ジッタが要求されるアプリケーショ
ンにとって特に重要です。
図40に接続図を、図41に対応するタイミングを示します。
SDIがハイレベルの場合、
CNVの立上がりエッジで変換が開始
__
され、CS モードが選択されて、SDO が強制的に高インピーダ
ンスになります。このモードでは、変換フェーズとその後の
データ読出し時に CNV をハイレベルに維持します( SDI と
CNVがローレベルの場合、SDOはローレベルに駆動されます)。
最小変換時間の前に SDI を使って他の SPI デバイス(アナロ
グ・マルチプレクサなど)を選択できますが、SDIは最小変換
CS1
変換
VIO
デジタル・ホスト
CNV
47kΩ
AD7690
データ入力
SDO
SCK
IRQ
05792-017
SDI
CLK
__
図40. 4線式CSモード、BUSYインジケータありの接続図
tCYC
CNV
アクイジション
tCONV
tACQ
変換
アクイジション
tSSDICNV
SDI
tSCK
tHSDICNV
tSCKL
1
2
3
tHSDO
17
18
19
tSCKH
tDSDO
tDIS
tEN
D17
SDO
図41.
D16
D1
D0
__
4線式CSモード、BUSYインジケータありのシリアル・インターフェース・タイミング
― 20 ―
05792-018
SCK
REV. A
AD7690
フェーズとその後のデータ読出し時にCNVをハイレベルに維持
します。変換が完了すると、MSBがSDOに出力され、AD7690
はアクイジション・フェーズに入り、パワーダウンします。内
部シフト・レジスタに格納されている残りのデータビットは、
後続の SCK 立下がりエッジでクロック出力されます。各 ADC
では、SDIが内部シフト・レジスタの入力に接続され、SCKの
立下がりエッジでクロック出力されます。チェーン接続された
各 ADC は、 MSB ファーストでデータを出力します。 N 個の
ADC を読み出すには 18 × N 個のクロックが必要となります。
データはSCKの両エッジで有効です。立上がりエッジを使用し
てデータを取り込むことはできますが、SCKの立下がりエッジ
を使用するデジタル・ホストでは、ホールド時間が許容できる
限り、より高速な読出しレートが可能になり、結果的により多
くのAD7690のチェーン接続を実現できます。最大変換レート
は、全読出し時間の長さによって低下する場合があります。
チェーン・モード、BUSYインジケータなし
このモードでは、3 線式シリアル・インターフェースで複数の
AD7690をデイジーチェーン接続できます。この方法は部品数
や接続配線数を最小限にしたい場合に有効です。たとえば、複
数のコンバータをそれぞれ絶縁して使用するアプリケーション
やインターフェース能力が制限されているシステムなどで役立
ちます。データ読出しは、シフト・レジスタのクロック駆動に
似ています。
図42に2個のAD7690の接続例を、図43に対応するタイミング
を示します。
SDIとCNVがローレベルの場合、SDOはローレベルに駆動され
ます。 SCK がローレベルの場合、 CNV の立上がりエッジで変
換が開始され、チェーン・モードが選択されて、BUSYインジ
ケータがディスエーブルになります。このモードでは、変換
変換
SDI
デジタル・ホスト
CNV
AD7690
SDO
SDI
AD7690
A
B
SCK
SCK
データ入力
SDO
05792-019
CNV
CLK
図42.
チェーン・モード、BUSYインジケータなしの接続図
SDI A = 0
tCYC
CNV
アクイジション
tCONV
tACQ
変換
アクイジション
tSCK
tSCKL
tSSCKCNV
SCK
1
tHSCKCNV
2
3
16
17
tSSDISCK
18
19
20
DA 17
DA 16
34
35
36
DA 1
DA 0
tSCKH
tHSDISCK
tEN
SDO A = SDIB
DA 17
DA 16
DA 15
DA 1
DA 0
DB17
DB16
DB15
DB1
DB0
SDO B
図43.
REV. A
チェーン・モード、BUSYインジケータなしのシリアル・インターフェース・タイミング
― 21 ―
05792-020
tHSDO
tDSDO
AD7690
デジタル・ホスト側に最も近いADC(図44、CのAD7690)の
SDO ピンがハイレベルに駆動されます。 SDO のこの遷移を
BUSYインジケータとして使用し、デジタル・ホストで制御さ
れるデータ読出しを開始できます。この後、AD7690はアクイ
ジション・フェーズに入り、パワーダウンします。内部シフ
ト・レジスタに格納されたデータビットは、後続のSCK立下が
りエッジでMSBファーストでクロック出力されます。各ADC
では、SDIが内部シフト・レジスタの入力に接続され、SCKの
立下がりエッジでクロック出力されます。チェーン接続された
各 ADC は、 MSB ファーストでデータを出力します。 N 個の
ADCを読み出すには18×N+1個のクロックが必要となります。
立上がりエッジを使用してデータを取り込むことはできます
が、SCKの立下がりエッジを使用するデジタル・ホストでは、
ホールド時間が許容できる限り、より高速な読出しレートが可
能となり、結果的により多くのAD7690のチェーン接続を実現
できます。
チェーン・モード、BUSYインジケータあり
このモードでは、3 線式シリアル・インターフェースで複数の
AD7690をデイジーチェーン接続すると同時に、BUSYインジ
ケータも提供できます。この方法は部品数や接続配線数を最小
限にしたい場合に有効です。たとえば、複数のコンバータをそ
れぞれ絶縁して使用するアプリケーションやインターフェース
能力が制限されているシステムなどで役立ちます。データ読出
しは、シフト・レジスタのクロック駆動に似ています。
図44に3個のAD7690の接続例を、図45に対応するタイミング
を示します。
SDIとCNVがローレベルの場合、SDOはローレベルに駆動され
ます。 SCK がハイレベルの場合、 CNV の立上がりエッジで変
換が開始され、チェーン・モードが選択されて、BUSYインジ
ケータ機能がイネーブルになります。このモードでは、変換
フェーズとその後のデータ読出し時にCNVをハイレベルに保持
します。チェーン接続されたすべてのADCで変換が完了すると、
変換
SDI
AD7690
CNV
SDO
SDI
AD7690
デジタル・ホスト
CNV
SDO
SDI
AD7690
A
B
C
SCK
SCK
SCK
SDO
データ入力
IRQ
05792-021
CNV
CLK
図44.
チェーン・モード、BUSYインジケータありの接続図
tCYC
アクイジション
tCONV
tACQ
変換
アクイジション
tSSCKCNV
SCK
tSCKH
1
tHSCKCNV
2
3
4
tSCK
17
18
tSSDISCK
tHSDISCK
tEN
SDO A = SDIB
DA 17 DA 16 DA 15
19
20
21
35
36
37
38
39
tSCKL
DA 1
53
54
DA 0
tHSDO
tDSDO
SDO B = SDIC
tDSDOSDI
tDSDOSDI
DB17 DB16 DB15
DB1
DB0 DA 17 DA 16
DA 1
DA 0
DC17 DC16 DC15
DC1
DC0 DB17 DB16
DB 1
DB0 DA 17 DA 16
tDSDOSDI
SDO C
図45.
55
tDSDOSDI
tDSDOSDI
DA 1
DA 0
05792-022
CNV = SDI A
チェーン・モード、BUSYインジケータありのシリアル・インターフェース・タイミング
― 22 ―
REV. A
AD7690
アプリケーション情報
レイアウトのポイント
AD7690を実装するプリント回路ボードは、アナログ部とデジ
タル部を分離し、ボード内でそれぞれまとめて配置するように
設計してください。AD7690では、全アナログ信号をボードの
左側に、全デジタル信号を右側に配置しているため、この作業
が容易に行えます。
AD7690の下のアナログ・グラウンド・プレーンをシールドと
グラウンド・プレーンは1 つ以上使用します。デジタル部とア
ナログ部で共用することもできますが、別々に使用することも
できます。後者の場合、プレーンをAD7690の下で接続してく
ださい。
05792-023
して使用しない場合は、チップにノイズが混入するのを防ぐた
め、デバイスの真下にデジタル・ラインを設置しないでくださ
い。CNVやクロックなどの高速スイッチング信号は、アナログ
信号パスの近くを通過しないようにします。また、デジタル信
号とアナログ信号は交差しないようにしてください。
図46.
AD7690のレイアウト例(上部レイヤ)
図47.
AD7690のレイアウト例(下部レイヤ)
AD7690の電圧リファレンス入力REFは、動的入力インピーダ
ンスを持っているため、最小寄生インダクタンスでデカップリ
ングする必要があります。これを行う場合は、デカップリング
用セラミック・コンデンサを、REFピンとGNDピンの近くに、
理想的にはこれらのピンのすぐ隣に配置して、それを幅広の低
インピーダンス・パターンに接続します。
AD7690の電源VDDとVIOは、セラミック・コンデンサ(一般
に100nF)でデカップリングします。そのコンデンサは
AD7690の近くに配置し、低インピーダンス・パスを提供する
短い太いパターンで接続して、電源ライン上のグリッチによる
影響を軽減してください。
AD7690の性能評価
AD7690の他の推奨レイアウトの概要は、AD7690評価用ボー
ド(EVAL-AD7690CBZ)の付属資料に示しています。評価用
ボードのパッケージには、組立不要なテスト済み評価用ボード、
付属資料、それに「EVAL-CONTROL BRD3」を介してPCか
らボードを制御するソフトウェアが同梱されています。
REV. A
― 23 ―
05792-024
これらの規則に従ったレイアウトの一例を図46と図47に示しま
す。
AD7690
外形寸法
3.10
3.00
2.90
3.10
3.00
2.90
6
10
1
5.15
4.90
4.65
5
D05792-0-3/07(A)-J
1番ピン
0.50 BSC
0.95
0.85
0.75
0.15
0.05
1.10 MAX
0.33
0.17
実装面
0.80
0.60
0.40
8°
0°
0.23
0.08
平坦性
0.10
JEDEC規格MO-187-BAに準拠
図48.
10ピン・ミニ・スモール・アウトライン・パッケージ[MSOP]
(RM-10)
寸法単位:mm
インデックス・
エリア
3.00
BSC SQ
1番ピン
識別マーク
1
10
1.50
BSC SQ
0.50
BSC
(底面図)
6
実装面
図49.
0.80 MAX
0.55 TYP
0.50
0.40
0.30
5
1.74
1.64
1.49
0.05 MAX
0.02 NOM
側面図
0.30
0.23
0.18
0.20 REF
022207-A
0.80
0.75
0.70
2.48
2.38
2.23
露出パッド
上面図
10ピン・リード・フレーム・チップ・スケール・パッケージ[QFN (LFCSP_WD)]
3mm×3mmボディ、極薄、デュアル・リード
(CP-10-9)
寸法単位:mm
オーダー・ガイド
温度範囲
パッケージ
パッケージ・
オプション
マーキング
梱包数量
−40∼+85℃
10ピンQFN(LFCSP_WD)
CP-10-9
C4C
リール、5,000
−40∼+85℃
10ピンQFN(LFCSP_WD)
CP-10-9
C4C
リール、1,000
AD7690BRMZ
−40∼+85℃
10ピンMSOP
RM-10
C4C
チューブ、50
AD7690BRMZ-RL71
−40∼+85℃
10ピンMSOP
RM-10
C4C
リール、1,000
モデル
AD7690BCPZRL
1
AD7690BCPZ-RL71
1
EVAL-AD7690CBZ1、2
評価用ボード
EVAL-AD7690CB2
評価用ボード
EVAL-CONTROL BRD23
コントローラ・ボード
3
コントローラ・ボード
EVAL-CONTROL BRD3
1
Z=RoHS準拠製品
2
このボードは、評価/デモンストレーション用に、単独の評価用ボードとして使用したり、EVAL-CONTROL BRDxと組み合わせて使用したりできます。
このコントローラ・ボードを使用すると、製品番号末尾にCBが付いたアナログ・デバイセズ製評価用ボード全製品の制御と通信をPCで行うことができます。
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REV. A
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