スタンドアロンADCが依然として重要な理由: 現代の組み込みシステムにおける精度、柔軟性、シンプルさ
マイクロコントローラ (MCU) にアナログ・デジタルコンバータ (ADC) が内蔵されていることが多い世界では、スタンドアロンADCの必要性は薄れつつあるように思えるかもしれません。しかし、産業、計測、組み込みアプリケーションに取り組むシステム設計者にとって、スタンドアロンADCは、統合ソリューションでは必ずしも対応できないパフォーマンス、レイアウトの柔軟性、設計のシンプルさの利点を提供することで、依然として重要な構成要素であり続けています。
スタンドアロンADCの場合
多くの組み込みシステムでは、電圧、電流、温度、アナログセンサの出力など、実際の信号をモニタする必要があります。内蔵ADCは基本的なタスクを処理できますが、設計で以下のことが要求される場合は不十分になる場合があります。
- 信号忠実度の向上
- 直接変換制御
- 追加のADCチャネル
- より近いセンサ配置とレイアウトの最適化
スタンドアロンADCは、デジタルノイズ結合の低減、変換制御用の専用ピン、柔軟な部品配置を提供することで、これらのニーズに対応できます。詳細については、以下で説明します。
ノイズ遮断と信号精度
内蔵ADCの主な欠点は、MCU内のノイズの多いデジタル回路に近いことです。基板ノイズや電源干渉の内部結合により、敏感なアナログ測定の精度が低下する可能性があります。信号源の近くに物理的に配置されたディスクリートADCにより、ノイズ汚染の可能性が低減されます。これは、産業プロセス制御やデータ収集などの高精度、低信号、または過酷な環境では特に重要です。
直接制御とより多くのチャンネル
外部ADCを使用すると、設計者は測定対象の信号に最適な分解能、速度、アーキテクチャを選択できます。また、通常、各変換の直接的なタイミング制御も提供します。外部ADCを使用すると、より複雑で高価なマイクロコントローラを必要とせずに、利用可能なADCチャネルの数を簡単に拡張できます。これは、追加のモニタリングポイントが必要なのに、ボードスペースと再設計時間が限られている後期段階の設計で特に役立ちます。
最適なパフォーマンスのための柔軟な配置
ボードの状態をモニタする多くのアプリケーションでは、アナログ信号源 (電流シャント、温度センサ、電圧レールなど) がシステムのMCUの近くに配置されていません。低レベルのアナログ信号をボード全体にわたって中央のMCUにルーティングすると、ノイズが発生し、測定精度が低下する可能性があります。小型のスタンドアロンADCを信号源のすぐ隣に配置できます。このADCにより、アナログトレースが短くなり、デジタルデータがノイズの影響を受けにくくなり、ボード全体にわたってプロセッサまで伝送されます。
簡素化された設計の選択
スタンドアロンADCを使用すると、システム全体の設計も簡素化されます。スタンドアロンADCは、向上したパフォーマンス、統合電圧リファレンス、設定可能なゲインアンプ、バッファ、トランスインピーダンス・アンプ、励起ソース、または測定対象のアナログ信号の要件により適合する温度センサなどを備えています。これらのADCの多くは、内蔵電圧リファレンス、フロントエンド信号調整、シリアル周辺インタフェース (SPI) またはI2Cデジタルインタフェース、および最小限の構成要件を備えています。設計者は、アプリケーションのニーズにぴったり一致するADCを選択できます。
実際の例: MDC97476 / 7 / 8 ADCファミリ
MPSのMDC97476 / 7 / 8ファミリは、MDC97476、MDC97477、および MDC97478からなり、スタンドアロンADCの利点を具現化しています。これらの12ビット、10ビット、および8ビットの逐次比較レジスタ (SAR) ADC は、最大1Mspsの変換速度と低消費電力 (フルスピードで最低4.9mW) を実現します。さらに、コンパクトな6リードTSOT-23パッケージに収められています。
主な機能
- 分解能: 12ビット (MDC97476)、10ビット (MDC97477)、8ビット (MDC97478)
- 速度: 最大1Msps
- 信号対雑音比 (SNR): 最大72dB (LTC7476、120kHz入力時)
- 電源: 3V～3.6Vの単一動作
- インタフェース: シンプルな3線式、SPI互換デジタル出力
- 参考文献: VDDから派生— 外部参照不要
- -40°C〜＋85°Cの動作温度範囲
MDC9747xファミリは、設定するレジスタがなく、シンプルな読み取り専用のデジタルインタフェースを備えているため、高速で正確な変換と最小限のソフトウェアオーバーヘッドを必要とするアプリケーションに最適です。フットプリントが小さいため、アナログソースの近くに配置でき、SNRが最大化され、レイアウトが簡素化されます。
産業用センサーハブ、電力モニタリングソリューション、リアルタイムデータを必要とする制御ループを構築する場合でも、これらのADCはアプリケーションに簡単に組み込め、信頼性と精度の高いパフォーマンスを発揮するように設計されています。図1は、MDC97476の代表的なアプリケーション回路を示します。
図1: MDC97476の代表的なアプリケーション
結論
組み込みシステムの複雑さが増し、より高いパフォーマンスが求められるようになると、スタンドアロンADCは設計者にとって重要なツールであり続けます。これらは、MCUを内蔵したADCを補完する精度、柔軟性、統合の組み合わせを提供します。MDC97476、MDC97477、MDC97478のどれがアプリケーションのニーズに最適かを決定する際には、MPSのSAR ADCをご参照ください。
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