WEBENCH® シリーズ・リファレンス電圧セレクタ

オプションを比較して使用中の ADC に適した Vref をすばやく入手

WEBENCH シリーズ・リファレンス電圧セレクタ・ツールは、使用している
TI A/D コンバータ(ADC)に適したリファレンスを選ぶためのツールです。
数百通りの組み合わせを仕分ける作業を簡素化して、正しい
リファレンスをすばやく特定し、推奨されるオプションを並べて比較で
きます。この分析結果は、WEBENCH
Reference Optimizer を使って、精度、ドリフト、ノイズ要件を基に、簡単
に復元できます。

3 ステップで簡単に Vref を評価、比較

  • ADC を選択します。
  • マッチングするものの中からリファレンス電圧を選びます。
  • 精度および電力要件を基に、オプションを比較します。

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手順の説明

WEBENCH® シリーズ・リファレンス・セレクタ・ツールは、A/D コンバータ(ADC)のリファレンス回路として適切な部品を特定するためのツールです。 最初に、450 点以上ある TI の高精度 ADC リストから、使用する ADC を選択します(図 3)。ADC を選択すると、電圧リファレンス・デバイスの候補リストが、リファレンス仕様のテーブル、誤差のサマリー、システムの消費電力とともに表示されます。ユーザーはリストからリファレンス・デバイスを選択するか、設計の入力条件を変更できます。

設計の際は、ADC のアナログ入力とデジタル出力だけに、注意が向きがちです。しかし、この 入出力ポートだけでなく、ADC の電圧リファレンス入力にも注意を払う必要があります。図 1 は、ADC のリファレンス・ピンの駆動に使用できる簡単な回路図です。

図 1:汎用リファレンス電圧 - SAR 回路図。

図 1 の回路はすべての ADC には適用できないかもしれませんが、基本的な機能の理解は重要です。図 1 では、電圧リファレンス・ブロックは ADC のリファレンス仕様ごとに出力電圧値を提供しています。ADC のリファレンス・ピンの入出力で動的な電流スパイクが発生するため、通常、電圧リファレンス IC による ADC のリファレンス・ピンの直接駆動は不可能です。リファレンス電圧ブロックの次は、ローパス・フィルタ(RREF_FLT および CREF_FLT)があります。このフィルタは、リファレンス電圧チップの高周波出力雑音を削減するように設計します。RREF_FLT の出力は、直接、バッファ構成オペアンプを駆動します。このアンプを使用するのは、リファレンス電圧チップをコンバータから「絶縁分離」するためです。アンプの出力は、ADC のリファレンス入力と RBUF_FLT に接続し、後者はグランド用の CBUF_FLT と直列に接続しています。RBUF_FLT は超低電荷で、通常、コンデンサの ESR 抵抗になります。CBUF_FLT は、ADC のリファレンス電圧ピンの入力に大きな電荷を供給します。この構成は、ADC へのリファレンス電圧を安定させ、より安定した変換を実現できます。ADC を選択したら、その ADC に適した回路図が「WEBENCHシリーズ・リファレンス・セレクタ」ページに表示されます(図 5)。

WEBENCH のシリーズ・リファレンス電圧の選定と分析は、2 段階の処理を行います(図 2)。

図 2:2 ステップの処理で選択した ADC に適したリファレンスを選定。

ステップ 1:ADC を選択

「ADCを選択」ビュー(図 3)では、ADC の一覧をソートする方法は 4 通りあります。

  • ADC(TI の型番)を基にフィルタリング
  • 分解能(8 ~ 31 ビット)を基にフィルタリング
  • オートモーティブ・グレードを基にフィルタリング
  • AVDD(1 ~ 11V)を基にフィルタリング
  • ADC の一覧をアルファベットの昇順または降順で並べ替え(列見出しの "ADC" をクリック)
図 3:「ADC を選択」ビューでは、設計に使用する ADC をソートし、選択できます。

既に使用する ADC がわかっている場合は、ADC の型番を「ADCでフィルタリング」ボックスに入力します。下のテーブルに、選択結果が表示されます。通常は外付けリファレンスを使用しない ADC の場合には、ツールは ADC に対応しておらず、選択したデバイスはこのテーブルに表示されません。

  • ADC の一覧は、"「分解能でフィルタリング」"プルダウン・メニューを使って並べ替えることができます。選択した分解能を持つデバイスが、下のテーブルに表示されます。
  • 設計にオートモーティブ・グレードのデバイスが必要な場合は、「オートモーティブ・グレードでフィルタリング」セクションのチェックボックスにチェックを入れます。テーブルには、オートモーティブ・グレード対応の ADC のみがリストアップされます。
  • 電源電圧を基に ADC を並べ替えたい場合は、"「AVDDでフィルタリング」"スライダーを使って任意の電源電圧を指定します。選択した電源電圧に対応するデバイスが、下のテーブルに表示されます。
  • テーブルに表示されている ADC は、アルファベットの昇順/降順でソートできます。

使用する ADC が見つかったら、"「選択」"ボタン(図 4)をクリックします。注:「ADC」列の特定の製品をクリックすると、その製品フォルダにアクセスできます。

図 4:関心のある ADC を選択し、「選択」ボタンをクリックすると、「WEBENCHシリーズ・リファレンス・セレクタ」ページに移動します。

"「選択」"をクリックすると、リファレンス電圧を選択するウィンドウが開きます。

ステップ 2:Series Reference Selector

図 5:「WEBENCHシリーズ・リファレンス・セレクタ」ビュー

リファレンス電圧を選択するウィンドウ(図 5)には、8 つの領域があります。

1.選択された ADC の情報(図 5、領域 1)

この領域には、前のステップで選択した ADC のプロパティが表示されます。選択した ADC をクリックすると、該当する製品データシートに移動します。ショッピングカートのアイコンは、部品のサンプルを注文するためのものです。

2.選択されている ADC の変更(図 5、領域 2)
ADC を変更する場合は、「他のADCを選択」ボタンをクリックすると、「ADCを選択」ビューに戻り、別の ADC を選択できます。

3.システム・パラメータ(図 5、領域 3)

オートモーティブ・リファレンスのみを表示するためのチェックボックスにチェックを入れると、オートモーティブ・グレードのリファレンスを表示できます。(オートモーティブ・グレードの ADC を選択している場合は、デフォルトでこのチェックボックスにはチェックが入っています。)システムの動作温度範囲は、デフォルトで 20 ~ 70 °C に設定されています。個々のデバイスの動作温度範囲にこだわらず、利用可能なリファレンス電圧デバイスをすべて表示するために、この範囲になっています。実際の設計に合った温度に、この温度の値を変更してください。リファレンス電圧の精度は、動作温度の範囲の影響を受けるため、温度の指定に際しては十分にご注意ください。

「代替リファレンス」の値は、選択肢コンバータに最適なリファレンス電圧に従って設定されています。実際のアプリケーションに応じて、これよりも低い値のリファレンスをプルダウン・メニューを使って選択することもできます。

4.仕様のシリーズ・リファレンス・テーブル(図 5、領域 4)
ADC の技術仕様に基づき、ADC の推奨シリーズ・リファレンス電圧チップが表示されます(図 5、領域 2)。選択する場合、「代替リファレンス」プルダウン・メニューを使って、より低い値のリファレンス電圧を選択することができます。「代替リファレンス」プルダウン・メニューで値を選択すると、選択内容に応じて、テーブルに表示されるリファレンス電圧の一覧が変わります。

このテーブルには、利用可能なリファレンス電圧デバイスの一覧が表示されます。この一覧は、上記で選択した基準(リファレンス電圧の電圧と動作温度範囲)を基に決まります。この一覧では、利用可能なすべてのリファレンス電圧が、それぞれのパラメータと共に表示されます。このテーブルの左側には、選択ボックスがあります。最高で 5 種類のリファレンス電圧デバイスを選択し、テーブルの下の「部品を5個まで比較」をクリックすると、比較レポートが生成されます。このレポートでは、リファレンスの精度や消費電力の違いが一目でわかる棒グラフで示されます(図 8)。

 

オプティマイザ・ダイヤル(図 5、領域 5)
このダイヤルを使用すると、次の 3 つの基準で、利用可能なリファレンス電圧の一覧をソートできます。

  • 初期精度
  • 電圧雑音
  • 温度ドリフト

ダイヤルを変更しても、リファレンス電圧部品の一覧内で該当するデバイスの順位が変わるだけです。部品が除外されることはなく、さらに別のユーザー評価の対象から外れることはありません。

以下のグラフ(図 6)は、以下の 3 つの基準の重み関数を示しています。横軸はダイヤルの 5 つのメモリを示します。縦軸は各基準の相対的な重みを示します。

図 6:オプティマイザ・ダイヤルの重み付けのアルゴリズム。

6.選択されたリファレンス電圧の情報(図 5、領域 6)

この領域には、リファレンス電圧テーブル内で選択されているリファレンス電圧が表示されます。部品名をクリックすると製品フォルダに移動でき、ショッピングカートをクリックするとサンプルを注文できます。

7.ADC – リファレンス電圧のアーキテクチャ(図 5、領域 7)
この領域には選択した ADC の回路図が表示されます。ほとんどの場合、SAR アーキテクチャが使用されています(図 1 参照)。ただし、ADS1258 など、別の方式を採用している ADC もあります(図 7)。

図 7:リファレンス電圧 - デルタ-シグマ ADC の回路図例。

8.誤差の概要 (図 5、領域 8)
この領域には、リファレンス電圧テーブル内で選択されているリファレンス電圧の精度が表示されます。適用される電圧リファレンスに基づく ADC の「LSBサイズ」は、リストで最初の仕様として表示されます。「リファレンス・エラー」には、この誤差がミリボルト(mV)、ADC LSB、フルスケール・レンジに対する ADC の % の形で表示されます。「較正後リファレンス・エラー」は、リファレンスの誤差から室温誤差を差し引いたものです。

 

誤差分析ウィンドウ

図 8 のビューでは、電圧リファレンスの誤差をミリボルト(mV)、ADC の LSB(LSB)、フルスケール・レンジに対する ADC のパーセンテージ(%FS)の各単位で比較できます。選択した単位に応じて、仕様を表示したテーブルと下のグラフの内容が変化します。

  • mV ➝ ミリボルト。これは絶対値です。
  • LSB:ADC の最下位ビット・サイズです。リファレンス電圧と ADC の分解能によって決まります。
  • FS:ADC フルスケール・レンジ
図 8:誤差レポート・ビュー

まとめ

WEBENCH® シリーズ・リファレンス・セレクタ・ツールは、ADC ユーザーが、回路に適切なシリーズリファレンス電圧を簡単に特定できるようにするツールです。450 点以上ある TI の高精度 ADC のリストから ADC を選択すると、候補となる電圧リファレンス・デバイスのリストが、リファレンスの仕様のテーブルとともに表示されます。ユーザーは任意のリファレンス・デバイスを選択するか、要件に合わせて設計を変更できます。

主なパラメータと単位の用語解説:

AVDD:ADC とリファレンスの正電源電圧

ADC:A/D コンバータ

ADC 分解能:コンバータの分解能。コンバータの出力ピンのディスクリート・ビット数を示します。

LSB サイズ:ADC の最下位ビット(least significant bit)。ADC の分解能に対するリファレンス電圧の比を示します。→ LSB = Vref / 2N で求められます。ここで、Vref はリファレンス電圧デバイスの出力電圧、N は ADC ビット数です。

SAR:逐次比較型レジスタ(SAR)A/D コンバータ(ADC)は、分解能が中レベルから高レベルの ADC 市場で大きなシェアを占めています。

温度範囲:各デバイスは特定の動作温度範囲を持っています。システムの許容動作温度範囲は、通常、(電子基盤上のすべての部品が同じ温度条件下に置かれると想定して)温度範囲が最も狭いデバイスによって決まります。

Vref:電圧リファレンス・デバイスの出力電圧Vref という語は、電圧リファレンス・デバイスの標準的な略語としても使用されます。

参考資料

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