ベンチトップ試験機器で高精度のデータ収集を実現する方法

デジタル・マルチメーター（DMM）は、あらゆるエレクトロニクス・ラボで中心的な役割を担う機器ですが、電子機器の精度が向上し続ける中で、電流、電圧、抵抗などのパラメータをすばやく正確に測定できるDMMの必要性も高まっています。そのため、DMM内のデータ収集システムを改良して、より高精度の測定を実現しようというニーズが常に存在します。データ収集システムの中核となるのが、入力信号をデジタル化してホスト・プロセッサに送信するアナログ/デジタル・コンバータ（ADC）です。

この記事では、ADCの中でDMMに関連して重要性の高い各機能の概要を示します。ここでは特に、ハンドヘルド機器ではなくベンチトップ・システムに着目しています。図1に、一般的なDMMのデータ収集システムのブロック図を示します。

図1：DMMの入力信号調整のブロック図

DMMでは多くの異なる種類のADCアーキテクチャを使用できますが、最も一般的なものの1つが逐次比較型（SAR）ADCであり、速度、分解能、設定の柔軟性に優れています。デルタ・シグマ型ADCはより高い分解能を提供でき、パイプライン型ADCにはより高速なサンプリング・レートという利点がありますが、SAR ADCは高分解能と高速応答を両立しているため、DMMですばやく高精度な測定を実現できます。現在のSAR ADCは分解能が向上し続けており、高精度システムでもデルタ・シグマ型ADCの代替として適するようになっています。

現在、一般的にDMMでは、分解能が16ビット以上でサンプリング・レートが100kSPS（100,000サンプル/秒）以上のADCが使用されます。より高精度のDMMが求められる中、より高速で高分解能のADCのニーズも今後高まっていくでしょう。分解能が高いと精度が向上する一方で、ノイズの影響をずっと受けやすくなります。より高いレートでサンプリングし、複数の測定値の平均化（オーバーサンプリング）やデジタル・フィルタリングを行うことで、システムの性能に対するノイズの影響を軽減できます。

より高い分解能と高い速度が必要なシステムのために、TIでは、高分解能かつ高サンプリング・レートで優れたAC/DC性能を備えた、高精度SAR ADCのADS 8900Bファミリを提供しています。表1に、このファミリの仕様を示します。

表1：ADS 8900Bの性能

高性能ADCであることに加え、ADS 8900Bには、電圧リファレンス用のオペアンプ・バッファが内蔵され、外部リファレンス・バッファと比べて2つの明確な利点があります。図2に、データ収集システムでの外部および内部リファレンス・バッファの比較を示します。

図2：外部および内部の電圧リファレンス・バッファ

バッファを内蔵したADCで得られる1つ目の利点は、システム性能の向上です。ADCは、入力信号と比較して信号電圧を決定するために、REF 5050などの高精度電圧リファレンスを必要とします。電圧リファレンスの出力電流は一般に数ミリアンペア（mA）しかないため、リファレンス・バッファを使用することで、電圧リファレンスでの降下を最小限に抑えながら、変換サイクル中にADCで必要とされる電流を供給します。リファレンス・バッファをADCと同じチップに内蔵することで、電圧リファレンスへの歪みを減らしてADCを駆動するようバッファが最適化されるため、外部バッファを使用した場合よりも高い性能でデータ収集を行えます。もう1つの利点は、ADCとバッファ���一���にパッケージングすることで、ディスクリート・ソリューションよりも占有面積が減り、システムのサイズを小さくできます。

ADS 8900Bファミリは次世代のデジタル・マルチメーターの実現に役立ちますが、このSAR ADCには他にも数多くのアプリケーションがあります。

その他のリソース

• TI Designs：ワイヤレスIoT、Bluetooth® Low Energy、4½桁、100kHz、真のRMSデジタル・マルチメーター・リファレンス・デザインをダウンロード
• 要求の厳しいシステムのために最高の集積度と最小の消費電力を実現するTIのさまざまな高精度ADCの詳細

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※上記の記事はこちらのBlog記事（2016年12月16日）より翻訳転載されました。

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