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» 2019年03月20日 11時00分 公開

アナログ設計のきほん【ADCとノイズ】(2):ΔΣADCのノイズ測定と絶対/相対ノイズパラメーター比較 (1/3)

前回に引き続き、ADコンバーターにおけるノイズの基本を説明していきます。今回はADCノイズの測定方法、データシートにおけるノイズ仕様、絶対ノイズパラメーターと相対ノイズパラメーターの比較を紹介します。

[Bryan Lizon(Texas Instruments),EDN]

 連載第1回では、電子システムのノイズ、標準的なシグナルチェーンでのノイズの原因、アナログ−デジタル・コンバーター(以下、ADC)の固有ノイズ、高分解能ADCと低分解能ADCの違いについて解説しました。

 今回、連載第2回では、以下のようなトピックを取り上げて、基本的なADCノイズの説明をしたいと思います。

  • ADCノイズの測定
  • ADCのデータシートにおけるノイズ仕様
  • 絶対ノイズパラメーターと相対ノイズパラメーターの比較

ADCノイズの測定

 ADCノイズの測定方法について説明する前に、ADCのデータシート仕様書を見るときは、システムではなくADCの特性を明らかにするのが目標であると理解することが重要です。そのため、ADCノイズのテスト方法および、テストシステムそれ自体は、テストシステムの限界ではなく、ADCの機能を実証するものになるはずです。したがって、異なるシステムや条件でADCを使用すると、データシートに記されているものとノイズ特性に違いが出る可能性があります。

 ADCノイズの測定には2通りの方法があります。1つ目の方法では、ADCの入力同士を短絡させて、熱ノイズによる出力コードのわずかな変動を測定します。2つ目の方法では、決められた振幅と周波数(1kHzで1VPPなど)を用いて正弦波を入力し、ADCで正弦波をどのように量子化したかを示します。図1は、これらのノイズ測定方法を示したものです。

図1:入力短絡テスト構成(a)と正弦波入力テスト構成(b)

 通常は、目的のエンドアプリケーションに応じて個々のADCのノイズ測定方法を選択します。例えば、温度や重量といった動きの遅い信号を測定するデルタ-シグマADCには、DCでの性能を正確に測定する入力短絡テストを使用します。高速データ収集システムのデルタ-シグマADCでは、AC性能が重要であり、一般的に正弦波入力方式を使用します。多くのADCで、データシートに両方の測定が規定されています。

 例えば、24ビットADC「ADS127L01」(Texas Instruments製)は、512kサンプル/秒(SPS)の最大サンプリングレートと、テストおよび、測定機器用の高分解能AC信号サンプリングを可能にする通過帯域リップルの低い広帯域フィルターを備えています。その結果、複数のサンプリングレートでの一連のAC入力信号に対するADCの性能だけでなく、入力短絡テストを使用したADS127L01のDC性能も評価されます。

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