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アナログ電子回路コミュニティサービス終了のお知らせ

平素はアナログ電子回路コミュニティをご愛顧いただき誠にありがとうございます。

この度、アナログ電子回路コミュニティは2018年3月末日をもってサービスを終了することとなりました。それに伴いまして、本サービスへの新規会員登録は2月末日をもって締切りといたします。約10年という大変長い間、たくさんの皆様にコミュニティをご利用いただきましたこと、深く感謝申し上げます。

なお、コミュニティに掲載しているコンテンツは編集の上、アナログ・デバイセズ社のウェブサイトに随時掲載していく予定です。詳細は追って会員の皆様にお知らせいたします。

今後ともEDN Japanをご愛顧くださいますようお願い申し上げます。


アナログ電子回路コミュニティ運営事務局
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申し訳ございませんが、現時点ではリニアテクノロジー社製品についてのお問い合わせは、リニアテクノロジー社の 技術サポートページ からお問い合わせください。

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NAKA
タイトル
高精度アンプと高分解能A/D変換器
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アクセス3305
カテゴリーアンプ&コンパレータ
キーワード 高分解能   Dコンバータ   計装アンプ   回路   高分解能24bitA   Powered by Yahoo
投稿日時15/12/18 14:15
こんにちは、NAKAといいます。

大変、初歩的で、漠然とした疑問なんですが...........

微小信号を高精度の計装アンプで4096倍して12bitのA/Dコンバータで取るのと高分解能24bitA/Dコンバータで直接取るのではどちらが精度良く(高SN比)取得できるのでしょうか?いろいろな条件があると思いますが、最近良くΔΣ24bitA/D変換デバイスとかありますし、そんなに速度が必要ないならば、24bitA/Dのほうがレンジも広いし、使いやすいのでしょうか?前段で増幅する意味があるのでしょうか?回路構成がシンプルなりますし、パターン配線によるノイズなどにも利点があるような気がします。ちょっと回路を作ろうしてますが、どっちがいいかなと迷ってます。

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Braveman 回答番号 12
タイトル
ありがとうございます
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アクセス2648
投稿日時16/01/28 18:19
NAKAさん、
こんにちは。
またまた回答が遅れておりましてすみません。。。

>TIAのRfを上げるより電流を増幅した方がいいのかな?
そうですね。どれほどのノイズ環境に晒されるかに依存するかと思いますが、電流で増幅するほうが安全なように思います。工場設備などの4-20mA伝送は、比較的長い距離の伝送を行うと伝送路の抵抗成分が無視できるという利点と短絡・開放の確認ができるという利点から採用されております。もちろん、ノイズ対策も含まれますので、電流増幅するのは有効な手段かと思います。I-V変換するのはAD変換する直前でやられるのがいいかと思います。

>受光面積が大きいPDを探した方がいいのかな?
受光面積が大きいと電流値が増えることに直接関係しているのか私には確認ができていないので何ともいえませんが、半導体のPN接合部など接合部分の数が多くなる(ソーラーパネルのように)のであれば、確かに電流値が増えるので有効な手段のように聞こえますね。

この当りは、光素子を扱われているメーカー様にお問合せ頂くのがいいかと思います。

色々実験いただくといいかと思いますが、上手くいくといいですね。

宜しくお願いします

NAKA 回答番号 11
タイトル
ADPD2210という電流アンプ⇒面白いです!!!
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アクセス2924
投稿日時16/01/22 10:15
Bravemanさま、おはようございますNAKAです。

製品情報ありがとうございます!
ADPD2210という電流アンプ⇒面白いです!!!データシートの頁11/15にまさにやりたいことと同じ構成が書いてあるではないですか!しかも環境光対策(ambient light)に関する記述まで!!パッケージも小さくていい。TIAのRfを上げるより電流を増幅した方がいいのかな?確かに工場の装置で、ノイズ環境の悪い場所では4-20mAの電流出力のインターフェースを良く使ってますね。でも結局、YOsimさまが言われているように、増幅するということはSNが悪くなることのような気もします。でも、試してみようかな!また、あっちを立てればこっちが立たずでセンサーを小さくシンプルにしたいのに、性能を上げようとするとどんどん部品が増えていってしまう~.....(ノ_-。)
受光面積が大きいPDを探した方がいいのかな?どこで折り合いをつけるのか?いろいろ迷います-ぅ。

Braveman 回答番号 10
タイトル
PDアプリケーション向け製品
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アクセス2842
投稿日時16/01/18 18:06
NAKAさん、
こんにちは

ホトダイオードを使ってゲインを稼ぐのは中々大変ですね。AD7175には、アナログ増幅回路内蔵なので有効に利用できればいいですが。

ホトダイオード向けに開発された製品、ADA4530もご検討されてみてはいかがでしょうか? オペアンプですが、非常に低バイアスのアンプで入出力電圧範囲が広い(レイル・トゥ・レイルほどではないですが近いです)です。

他にもADA4350という似たような型名ですが、アンプのゲインを切り替えられるユニークなデバイスです。外付けアナログスイッチでゲインを切り替える方が多いかと思いますが、アンプと内蔵することでスイッチ部の特性をあわせることが出来ます。

異色な製品としては、ADPD2210という電流アンプがあります。ホトダイオードの電流を増幅するICとなります。

製品紹介という形になり恐縮ですが、合わせてご検討されてもいいかと思いました。

よろしくお願い致します

NAKA 回答番号 9
タイトル
アナログって難しいなぁ~て思い知らされる今日この頃です。
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アクセス3018
投稿日時16/01/18 10:41
IKUZOさま、Bravemanさま、YOsimさま アドバイスありがとうございます。NAKAです。

なかなか難しいことが良くわかりました。今使っているセンサーがPDなので、電流変化⇒電圧変化にするためTIAを使ってます。この時点でかなりの増幅をしています。電流変化のSNはかなりいいのかな?PDの電流変化は本当に微々たるもんのような気がしますが大丈夫かな?
A/D内部の前段アンプがレールtoレールでない?ため入力範囲が0.2V~1.8Vになっており、TIAにて0.2Vだけオフセットしてます。で、先に出ました24bitΔΣ方式のAD変換器で上位16bit位を取ってます。AC信号成分で何とか512LSB程度とれていますが、実際に取りたい信号はその1/10以下のため分解能を上げたいと思ってました。さらに厳しいのが、AC信号成分だけだったら、HPF(コンデンサ)でDCカットしたり、計装アンプの同相電圧を差動アンプで減算して、後段で再度増幅すれば良いのかなと思ってました。しかし屋外使用での外乱光成分を相殺させるために、任意のセンサ光を当ててない場合、つまり外乱光のみがPDに入いる状態の場合のAD値も時分割で検出しないといけないです。外乱光のみを別センサーで取ってアナログ減算することも考えましたが、センシングする場所が変わってしまいます。かなり広範囲を高精度で取らなくてはいけないことがわかりました。結局、同じフルスケールの中で、広範囲かつ高精度という相反する要求があるということで、どこで折り合いをつけるかということでした。
こうい言った場合に高分解能のA/Dが必要なんですね。
リファレンスの電圧を上げるのも、1.6V⇒3.3Vにしても2倍(1bit)上がるだけですよね?入力範囲が決まっているのでリファレンスは上げられませんけど......笑)

やっぱりアナログって難しいなぁ~て思い知らされる、今日この頃です。

YOshim 回答番号 8
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AD前段での増幅は
ポイント
pt.
アクセス3015
投稿日時16/01/14 11:53
AD前段で信号を増幅するのは
アナログ信号をADのフルスケールに近づけるためです。
*理由は量子化ノイズの影響を抑えるため。
信号増幅しなくてもADCのフルスケールのオーダーの信号強度があれば、増幅不要です。

そもそも信号増幅するという事はSNが悪化するという事です。どんな高性能なアンプでもノイズフィギュアが1以下といのはありえません。

つまり
「アナログ信号のSNの悪化以上に、ADCでの量子化ノイズの影響が抑制できるなら、信号増幅によりSNは良化する」と言えます。

Braveman 回答番号 7
タイトル
ノイズ低減はノウハウ
ポイント
pt.
アクセス3038
投稿日時16/01/14 11:15
NAKAさん、
おはようございます。

基板上のノイズレベルがどれくらいあるものなのかですが、なかなかテーマとしては難しい内容ですね。
基板上に搭載されているIC(デジタル回路系)によって条件が悪くなってしまいますので、明確な値をお伝えすることは大変難しいですが、高精度測定回路(測定器など)をやられている会社さんなら、少なくともuVオーダーのノイズレベルを各社さんチャレンジされているのではないかと思います。ざっくりした表現で申し訳ないです。

アナログ回路での増幅を施すやり方が一般的なのですが、ご紹介したAD7175の場合はそういったアナログ回路が内蔵されていますので、これを利用するほうが目的を達成しやすくなるのではないかと思います。リファレンス電圧も出来るだけ高い値にするほうが、S/N比の改善に繋がります。

IKUZO 回答番号 6
タイトル
ノイズをなるべく出ないようにする方法
ポイント
pt.
アクセス3170
投稿日時16/01/09 12:24
ノイズをなるべく出ないようにする方法は私も今の課題ですので復習しておきます
1.電源をクリーンにする
 50/60Hzのトランスからの供給ではなくDC/DCから供給
 (50/60Hzの長い周期を避けるため)
 チョークコイルとコンデンサーによるリップルフィルタ
 トランジスタ、LDO等のリップルフィルタ/電源の安定化
 (この部分はまじない的にこだわってもそれなりの効果がある)
2.GNDプレーンのインピーダンスを下げる
 基板を多層化してGNDプレーンを3層設けます
 AGND/DGNDは全てGNDプレーンに落とします(アナログデバイセス提案)
 部品面、半田面をGNDシールドして信号線を内層に
 GNDを強化ビアを打って一体化する
3.制御からのデジタルノイズをフィルトする
 ダンピング抵抗、終端抵抗挿入します
 クロックはなるべく外部から供給しない(IC内部の物を使用)
 確実な入力レベルのホールド
4.アナログ入力の十分なシールド
 許されるならなるべく入力インピーダンスを下げる

まだ心当たりがありましたら、教えてください



NAKA 回答番号 5
タイトル
プリント基板上のノイズってだいたいどれくらい?
ポイント
pt.
アクセス3157
投稿日時16/01/08 17:48
Bravemanさま ご回答ありがとうございます。NAKAです。
こちらこそ今年もよろしくお願いいたします。

本来の質問に戻りますと、結論はなまじ自分で下手な増幅回路を組むより、高分解能のA/Dに直接取り込んで、デジタルデータ処理したほうが精度が良い!の理解でよろしかったでしょうか?
現在のA/Dの入力範囲が1.6Vなので24bit分解能だと最少LSBは約95.3nVです。仮に25μV程度のノイズが乗ったら262LSB⇒約8bit(256LSB)はバラつくため実質16bitのデータとなってしまうんですね?
では、実際に基板を上手くアートワークできたとして、ノイズのレベルってどれくらいに抑えられるのでしょう?プリント基板上で1μV以下に出来るものなのでしょうか?あまりに漠然として、答えにくい質問ばかりしてすみません!

Braveman 回答番号 4
タイトル
基板レイアウトと対象のコンバータ精度によりますね
ポイント
pt.
アクセス3038
投稿日時16/01/08 15:10
NAKAさん、

回答が大変遅くなりまして申し訳ございません。

本年もよろしくお願い致します。

さて、結論を先に申し上げると、AD7175-2に置き換えることでバラツキが少なくなると考えます。ただし、回路基板のレイアウトをしっかりと設計しないとノイズを変換してしまい、同様なバラツキになる可能性を持ってしまいます。

例えば、2.5Vのリファレンスで16ビットコンバータで変換することを考えますと、1ビット当り36uVとなります。1mV程度のノイズがあったとすると5ビット相当のバラツキを示すことになります。

現状のデバイスですが、24ビットで15.625KSPSであることからΣΔ型のADCであると考えますが、16ビット精度のコンバータが多くありますので、そういった製品なのではないかとも考えられ、もしくは上述したように基板上のノイズを変換しているともいえるので、はっきりしたことは申し上げられないです。

少なくとも、AD7175-2を使用することで24ビットの精度に近づけられますので、レイアウトや回路ノイズを抑えることで装置の性能向上を図ることが出来るようになります。

NAKA 回答番号 3
タイトル
ノイズフリービット数とは?
ポイント
pt.
アクセス3488
投稿日時15/12/22 15:26
Bravemanさま、IKUZOさま
こんにちはNAKAです。

デバイスのご紹介ありがとうございます。
真のレールtoレール魅力的です。少し教えて欲しいのですが、データシートのノイズフリービット数:20spsで24ビットの意味です。今、別メーカのデバイスですが、評価基板をいただき評価中ですが、スペック上では、24bitでサンプリング周波数1MHz出力データ・レート0.48828Ksps~15.625Kspsの記載があります。センサー用のリファレンス電源出力内臓でしたので直接入力してみたのですが、
> 7F B1 B7
> 7F B0 9C
> 7F B0 D5
> 7F B0 A7
> 7F B1 A1
> 7F B1 0F
> 7F B1 1A
> 7F B0 AD
> 7F B0 83
> 7F B0 60
> 7F B0 40
> 7F B0 13
> 7F B0 4C
> 7F B0 BE
> 7F B1 09
> 7F AF AD
> 7F B0 31
みたいな感じで、上位16bit程度は安定してますが残り8bitはばらつきます。平均値が設定できる機能もあり8回とか64回とかやってみましたがそんなに改善はありません。リファレンスと入力を30mm位のジャンパー線で適当にショートしているだけなので、飛来ノイズなのかもしれませんが。「ノイズフリービット数:20spsで24ビット」のAD7175-2であればこのようなことはないのでしょうか?
ただ最低200個/秒位のデータが欲しいので、20spsは厳しいです。あとパッケージがちょっと大きいです。4×4以下のBGAでないとセンサーに乗らないです。ただ評価中のデバイスは入力範囲が0.2V~1.8Vであり、センサーは電流出力型なので、TIAなんかでこの範囲に整えてやる必要がありますが。

Braveman 回答番号 2
タイトル
こんな優れものもありますよ
ポイント
pt.
アクセス3188
投稿日時15/12/22 11:39
NAKAさん
こんにちは

AD7175-2という250KSPSまで高速にした製品があります。この製品では、16.8bit@250KSPS, 20.7bit@1KSPS, 24bit@5SPSという性能が出せます(フィルタ設定にご注意)。しかも、フロントエンドも集積していますので、外付け回路は殆ど不要になります。

他にもAD7176-2という似たスピードで廉価版の製品があります。また、AD7173は32KSPSですが高精度です。

是非、ご検討して下さい。

IKUZO 回答番号 1
タイトル
高精度ならΔΣで
ポイント
pt.
アクセス3333
投稿日時15/12/21 08:16
ΔΣ高分解能24bitは高精度と思います、方式を理解することだと思います、オバーサンプリング技法で何重にもサンプリングできるので高精度になりますが、設定によっては変換時間が1秒以上かかります、変換時間、誤差精度、ノイズ等条件にかなうものを採用します、単品の12bitのA/Dコンバータであるとデータを取り込んだあとでデジタル処理とか、どちらが良いのかは設計者の考えです。

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