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Sic
タイトル
AD、DAコンバータ選定方法について
ポイント []
pt.
アクセス5934
カテゴリーA/D&D/Aコンバータ、クロック
キーワード DAコンバータ   オフセット誤差   DAコンバータ選定方法   ゲイン誤差   入出力環境温度   Powered by Yahoo
投稿日時10/09/14 11:56
初心者の質問ですみませんが
AD、DAコンバータの選定について教えてください。
環境温度を含めて変換精度で選定を行いたいのですが
データシートのどの項目を見ればよいのでしょうか?
また、オフセット誤差、ゲイン誤差等 温度変化が入って
総合した誤差はどう考えればよいのでしょうか?
<仕様>
0-10VDCを
0.1%誤差内で入出力
環境温度:0~60℃

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PNP-NPN 回答番号 1
タイトル
コンバータの温度特性の考え方
ポイント
pt.
アクセス6472
投稿日時10/09/14 19:12
「環境温度を含めて変換精度で選定を行いたいのですがデータシートのどの項目を見ればよいのでしか?また、オフセット誤差、ゲイン誤差等 温度変化が入って総合した誤差はどう考えればよいのでしょうか?」

  大変奥深い問題です。このテーマで語り始めるときっと原稿用紙10頁でも足りないかもしれません。ここでは温度とDC精度について考えてみます。ADコンバータ(あるいはDAコンバータ)などのアナログ製品の精度は、25℃の時と条件が付いていることがあると思います。この25℃は、どこの温度かという質問もあります。これはそのデバイスにより異なりますが多くはジャンクション温度(チップ表面温度)、あるいはパッケージ温度です。この温度が変わると、オフセットやゲインが変わってしましいます。これが温度係数TC(Temparature Coefficient)と呼ばれているものです。温度による変化の影響が大きいのは特にDC特性で、大きなものはオフセットとゲインです。オフセットやゲインがずれる大きさを1℃あたりであらわしたスペックがTCですが、注意しなければならない点がふたつあります。

1.温度に対する変化は、必ずしもリニアではない。
2.多くの場合TCはtyp(代表値、典型値)で示されている。(Max規定のものもある)

 これらのスペックを元に誤差を見積もるときは、頭のすみに以上の2点を入れておかないといけません。オフセット誤差は、変換特製の並行移動によるずれ、ゲイン誤差は変換特性の回転移動によるずれです。したがってオフセットTCによるずれは、足し算/引き算、ゲイン誤差によるずれは掛け算になります。たとえばオフセット誤差のTCが±1ppm/℃で60℃変化した時は、元の値より±60ppmずれる可能性があるということで、ゲイン誤差のTCが±10ppm/℃のとき、変換結果はフルスケールで±600ppmずれる可能性があるということです。逆のゼロではこの誤差の影響は無くなります。さてそこで必要な使用を見ると下記のようになっています。

<仕様>
0-10VDCを
0.1%誤差内で入出力
環境温度:0~60℃

 ここで環境温度と書いてありますが、これはIC周辺の温度のことだと思います。消費電力の大きいデバイスでは、周囲温度とジャンクション温度が異なる場合がままあります。この場合はデバイスの熱抵抗を考慮して、内部のジャンクションが何度になっているかを計算する必要があります。その温度によっては、冷却の方法を考えなくてはならないかもしれませんが、これは別の話です。ICの動作温度範囲(例えば25℃~+85℃)というのは、電力の高いデバイスの場合は、ほとんどジャンクション温度という規定になっていますから、周囲が60℃のときジャンクションが規定範囲を超えるならば、危険な状態になります。
 確認がすんだら、60℃の範囲でどれぐらいオフセットとゲインがずれるかを計算します。ここでの許容差は0.1%となっています。これが変換回路全体を指すのかAD(DA)コンバータ単体を表すのかわかりませんが、コンバータ単体であれば、誤差が0.1%以上にならない範囲でデバイスを選べばよいと考えます。0.1%の誤差は単純には10ビット精度のコンバータの精度ですが、少なくともこれ以上が必要でしょう。0.1%は1000ppmですからオフセット誤差やゲインエラーが60℃の範囲でどれぐらいずれるかを計算してみて、どの様なコンバータが必要かを判断します。

 以上が基本的な考え方ですが、実はこれ以外に考えなくてはいけない要素がいくつかあります。ひとつはリファレンスです。コンバータにはリファレンスを内蔵してるタイプのものがありますが、この電圧もTCを持ちます。これがずれるとゲイン誤差になります。例えば1:1にリファレンス(たとえば2.5Vでアナログの入力レンジも0Vから2.5Vの場合)、そのTCが直接ゲインエラーになります。高精度が必要な場合は、外部の高精度・高安定のリファレンスが必要なことがあります。
 もう一つは、ADの入力やDAの出力に使われる外部アンプのTCです。OPアンプが使われることが多いと思いますが、これらのアンプもオフセットのTCを持ちますし、アンプのフィードバックの抵抗もTCをもつので、この変化によるゲインエラーが生じます。AD(DA)コンバータシステムの回路として規定する必要がある場合は、これらの要素も考慮しなければなりません。

 ということで簡単なスペックだけでも結構検討することがあります。ここでもっと簡単にコンバータを選ぶことができる方法があります。CMOSのAD・DAコンバータなどでは、スペックの精度のスペックが、ある温度範囲で規定されているものがあります。たとえばAD7895という12ビットのADコンバータのデータシートを見ると変換精度などののスペックは動作温度範囲(-25℃~+85℃)のレンジで規定されています。ですから0℃~60℃であれば少なくともスペックに既定の精度は保障されしまいます。AD7895の場合、初期オフセットやゲインエラーをカリブレーションすれば、少なくとも±0.05%の誤差範囲に収まります。ただしこのデバイスは外部リファレンスなので、このエラーが加わりますが、0.1%の誤差範囲は十分実現できるでしょう。こんな手軽なやり方も、今はあります。

AD7895のデータシート
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD7895.pdf

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