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20ビット 1.8MSPS ADC CM2431 対 AD4020：高性能と使いやすさの二重保証
ハイエンド 応用 産業用センシング、精密計測器、医療機器などの分野では、データ収集システムが極めて厳しい性能要件に直面しています。このようなシステムにおいて、高精度SAR ADCは中心的な役割を果たします。最高レベルの性能と長期的な信頼性に加えて、顧客の設計経験に基づき使いやすさを念入りに設計したADCは、より強力な総合的競争力を提供します。
CM2431は、最大1.8 MSPSのサンプリングレートを備えた20ビットSAR ADCです。国際競合製品のAD4020と比較して、CM2431はベンチマークレベルの信号対雑音比と広温度域での信頼性を実現しているだけでなく、積分非直線性が±1.5 ppmという優れた直線性を達成しています。さらに、より広いダイナミックレンジとより効率的な消費電力を提供します。
従来のSAR ADCとは異なり、CM2431は使いやすさを高める複数の機能を統合しており、設計の柔軟性を向上させ、アプリケーション上の課題に対応し、より高いシステム性能の実現を支援するとともに、設計の簡素化、コスト削減および消費電力の低減を可能にします。
1. 使いやすさを高める機能により設計が簡素化
プリインプットドライバによるシステム統合の簡素化
CM2431は、サンプリング開始時に内部のスイッチトキャパシタ構造によって引き起こされる信号キックバックを低減するプリチャージ入力ドライバ技術を採用しており、ADCを非常に駆動しやすくし、システム設計を根本的に簡素化します。図2は、プリチャージ入力ドライバを有効および無効にした場合の、CM2431のアナログ入力電流と差動入力電圧との関係の変動を示しています。無効時であっても、CM2431の低入力電流は、従来のSAR ADCに比べてすでに駆動が容易です。有効にすると、アナログ入力電流はサブマイクロアンペアレベルまで低減され、優れた駆動性能を実現します。この技術は発明特許出願されています。
入力と差動入力電流をシミュレート
プリチャージ入力ドライバを有効にすることで、ユーザーは高価な専用の高速ADCドライバを必要とせず、低電力で低帯域の精密増幅器と低いRCフィルタカットオフ周波数を組み合わせて、直接ADCを駆動できます。これにより周辺回路設計が簡素化されます。精密で低帯域のアプリケーションでは、この方法によりシステムの消費電力、サイズ、および全体的なコストが大幅に削減されます。
主な利点には以下が含まれます：
フロントエンドの複雑さが軽減され、外部ドライバ回路の性能要件が大幅に低下します。
BOMコストの削減、PCB面積の縮小、部品選定および設計の簡素化。
システムレベルのソリューションにおいて、消費電力の低減と高集積化を実現。
さらに、プリチャージ入力ドライバにより、スイッチトキャパシタSAR ADC入力の整定時間の要件に制約されることなく、関心のある信号帯域幅に基づいてフロントエンドの増幅器およびRCフィルタを選択できます。また、THD性能が向上し、100 kHz未満の入力信号に対するアナログ入力電流が低減されます。
クランプ保護回路がドライバ設計を簡素化
統合された過電圧クランプダイオードとレンジ圧縮モードにより、フロントエンドドライバ設計の難易度がさらに低減されます。従来、優れた駆動性能を実現するためには、ADCドライバに追加の負電源電圧が必要となることが多かったのです。同時に、ドライバアンプの正側電源レールはしばしばSAR ADCの電圧限界を超えており、追加の保護回路を必要としていました。CM2431はVREFを超えて0.4Vまでクランプ保護を拡張しており、レンジ圧縮モードにより入力レンジを維持したまま負電源の不要化を実現しています。これらの機能により、ドライバ設計が大幅に簡素化されます。
さらに、高速度・高解像度におけるデジタルインタフェース設計およびドライバのデバッグは、長年にわたり設計上の課題でした。 製品 cM2431の ターボモード 変換結果のデータ転送時間を延長することで、より低いSPIクロック周波数を使用できるようになります。
2. 弱い信号を正確に取得するための優れたダイナミックレンジ
CM2431は102dBの高ダイナミックレンジを備えており、微弱な信号の差異を正確に識別できます。信号処理、医療画像、科学的計測、通信など、データ取得要求が極めて厳しいアプリケーションにおいて、この機能は明確な利点を提供します。高いダイナミックレンジを持つことで、複雑なノイズ環境下でも信号の完全性を維持でき、システムに対してより信頼性の高いデータ基盤を提供します。
同時に、CM2431の最大1.8 MSPSというサンプリングレートにより、高周波信号の正確な取得が可能となり、オーバーサンプリングをサポートします。その優れた直線性（典型的なINLは±2 LSB以内）により、オーバーサンプリング後にシステムが非常に高いダイナミックレンジを実現できることを保証します。例えば、1024倍のオーバーサンプリングでは、ダイナミックレンジは約131 dBまで向上でき、システムが極めて微弱な信号と強い信号を同時に捉えることが可能になります。つまり、「微弱信号の歪みがない」と「大振幅信号の飽和がない」という状態を実現できます。この技術は高精度データ収集システムの中心的手法であり、SNR要件が極めて厳しいアプリケーションで広く使用されています。
3. 優電池寿命の延長と熱最適化を実現する優れたエネルギー効率
CM2431は高い性能を維持しつつ、競合製品であるAD4020と比較して消費電力を約15%削減します。高精度の連続取得システムでは、累積的なエネルギー節約効果が顕著であり、直接的にデバイスのバッテリー駆動時間の延長、熱設計上の負担の低減、および全体的なシステム信頼性の向上につながります。
まとめ
まとめると、CM2431は20ビットの分解能と1.8 MSPSのサンプリングレートを備え、Pre-Charge Input Driver技術によりシステムレベルでの簡素化を実現するとともに、優れた直線性、卓越したダイナミックレンジ、そして改善された全体的なエネルギー効率によって高い性能を提供します。高精度データ収集システムに対して非常に競争力のあるソリューションを提供します。
設計が簡素化され、より高い統合利便性を持つことで、CM2431はユーザーが消費電力およびシステム設計の複雑さを低減し、チャネル密度を高めながら、優れた全体的システム性能を維持するのを支援します。
