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» 2019年06月19日 11時00分 公開

アナログ設計のきほん【ADCとノイズ】(4):高精度ΔΣADCの有効ノイズ帯域幅(ENBW)の理解【基本編】 (3/3)

[Bryan Lizon(Texas Instruments),EDN Japan]
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ENBWの要因

 このシンプルなアンプおよび、アンチエイリアスフィルターの解析では、特に意識せず、シグナルチェーンのENBWを確定するのに用いるソースを2つ定義しましたが、フィルタリングソースが多数存在する設計もありますし、どの設計にも少なくとも何らかのフィルタリングが存在します。従来のフィルター機能を持たないプリント配線板(PCB)であっても、配線のインピーダンスや並列配線の容量があります。これらの寄生容量から意図しないRCフィルターが作られるかもしれません。このフィルターの帯域幅が非常に大きく、そのため全体的なENBWにほとんど影響がないとしてもです。

 図6は、代表的なデータ収集システムによく見られるフィルタリングソースを表したものです。電磁干渉(EMI)フィルターなどの外部フィルター、アンプの帯域幅、アンチエイリアスフィルター、デルタ-シグマADCのデジタルフィルターのほか、マイコンやFPGA内にデジタル的に作られた後処理フィルターが加わることもあります。重要なのは、どのシグナルチェーンにもこれらのフィルタリングソースがすべてあるわけではないことです。例えば、デルタ-シグマADCをベースとした多数のデータ収集システムでは、これらのADCにフィルターが内蔵されているため、後処理フィルターは不要です。

図6:デルタ-シグマADCのデータ収集システムでの一般的なフィルタリングソース

 シグナルチェーンにフィルター部品が複数ある場合、シグナルチェーンの中の下流にあるフィルターをすべて組み合わせて各部品のENBWを算出しなければなりません。例えば、図6のアンプのノイズ要因を計算するには、アンプの帯域幅をアンチエイリアスフィルター、ADCのデジタルフィルター、後処理フィルターと組み合わせる必要があります。ただし、EMIフィルターは無視できます。

 幸いにも、1つの回路にフィルタリングソースが多数あっても、全体的なENBWに大きく影響するのは一部の種類のフィルターです。ですので、必要なのはこのような部品のENBWを計算することだけで、それ以外のフィルタリングソースは無視できるかもしれません。例えば、低い出力データレートでは、通常はデルタ-シグマADCのデジタルフィルターの帯域幅がシグナルチェーンで最も狭く、ENBWに対して支配的になります。逆に、広い入力信号帯域幅で高い出力データレートを用いると、一般的にアンチエイリアスフィルターがシステムのENBWを制限します。

 ENBWについてさらに理解するために、次回では、実世界のシステムにENBWをどう当てはめるかをシンプルな例を使って説明します。

今回の重要ポイント

 以下は、デルタ-シグマADC内のノイズをより良く理解する上で重要なポイントをまとめたものです。

  • ENBWは、ある特定の一般的フィルター(H(f))に対する理想的なブリックウォールフィルターのカットオフ周波数を表示
  • システムのノイズ源ごとにENBWを確定する必要あり
  • 各ノイズ源のENBWは、システムのすべての下流フィルターを組み合わせて算出
  • 各部品からシステムに入り込むノイズの量をENBWにより判断
  • ENBWは通常、カットオフ周波数が最小のフィルターに左右され、特に高精度デルタ-シグマADCの場合は、一般的にアンチエイリアスフィルターかデジタルフィルターが支配的

著者紹介

ブライアン・リゾン(Bryan Lizon)

 テキサス・インスツルメンツ 高精度ADC製品プロダクト・マーケティング・エンジニア


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