JADA284 August   2026 ADS125H18

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   商標
  4. 1概要
  5. 2詳細説明
    1. 2.1 ADS125H18 の OWCS 動作の理解
    2. 2.2 複数のシングルエンド入力信号で OWCS を使用
      1. 2.2.1 シングル エンド入力信号に対する OWCS の動作を分析する
      2. 2.2.2 ADS125H18EVM を使用したシングルエンド入力での OWCS 動作の検証
        1. 2.2.2.1 シングルエンド入力による OWCS の動作の確認
        2. 2.2.2.2 シングルエンド入力で OWCS に使用する変換回数の削減
          1. 2.2.2.2.1 シングルエンド入力のセトリング前データ
          2. 2.2.2.2.2 シングルエンド入力のセトリング後データ
        3. 2.2.2.3 シングルエンド入力における入力容量が OWCS 性能に与える影響
        4. 2.2.2.4 シングル エンド入力のセトリングの影響を軽減するための ADS125H18 プログラマブル遅延の使用
    3. 2.3 差動入力信号で OWCS を使用
      1. 2.3.1 差動入力信号の OWCS の動作を分析する
      2. 2.3.2 ADS125H18EVM を使用した差動入力での OWCS 動作の検証
        1. 2.3.2.1 差動入力による OWCS の動作の確認
        2. 2.3.2.2 差動入力を使用する OWCS の変換数の削減
          1. 2.3.2.2.1 差動入力のセトリング前データ
          2. 2.3.2.2.2 差動入力のセトリング後データ
        3. 2.3.2.3 入力容量が差動入力における OWCS 性能に与える影響
          1. 2.3.2.3.1 入力容量を使用した双方向の差動 OWCS 測定
        4. 2.3.2.4 差動入力のセトリングの影響を軽減するための ADS125H18 プログラマブル遅延の使用
    4. 2.4 ADS125H18 チャネル シーケンサを使用して OWCS アルゴリズムを実装
      1. 2.4.1 例：OWCS アルゴリズム用の ADS125H18 シーケンサの構成
      2. 2.4.2 ADS125H18 サンプル コードにおける OWCS アルゴリズムの理解
        1. 2.4.2.1 初期化
          1. 2.4.2.1.1 シーケンサの初期化
          2. 2.4.2.1.2 「_step」配列の値の入力
          3. 2.4.2.1.3 シーケンスの解析
        2. 2.4.2.2 シーケンサの起動と処理データ
          1. 2.4.2.2.1 OWCS ステップ値を更新し、「total_conversions」を算出する
          2. 2.4.2.2.2 シーケンサを起動し、データを取得する
          3. 2.4.2.2.3 OWCS データの処理
          4. 2.4.2.2.4 OWCS 結果の使用
  6. 3まとめ
  7. 4参考資料
  8. 5付録 A
    1. 5.1 冗長システムでの OWCS の使用
      1. 5.1.1 デュアル冗長システムとシングル デバイス システム
      2. 5.1.2 デュアル冗長システムでの 1x OWCS と 2x OWCS の使用
      3. 5.1.3 デュアル、冗長システムでのエラー発生源
        1. 5.1.3.1 RA1 および RB1 のエラー
        2. 5.1.3.2 RA2 および RB2 のエラー
        3. 5.1.3.3 VREF1 および VREF2 のエラー
      4. 5.1.4 デュアル冗長システムでの差動入力の測定
      5. 5.1.5 デュアル冗長システムの概要

2.3.2.3 入力容量が差動入力における OWCS 性能に与える影響

セクション 2.3.2.1に、標準的な ADS125H18 評価基板を使用し、端子台と ADC 入力ピンの間に受動部品を取り付けないで OWCS 性能を示します。ただし、多くの産業用システムでは、ノイズ除去などを目的として入力部にコンデンサが配置されています。図 2-24は、AIN8 と AIN9 のアナログ入力間に赤色で示す差動コンデンサを配置し、さらに各入力とグランド間に青色で示すコモン モード (シングル エンド) コンデンサを配置したシステムの例を示しています。ADS125H18 評価基板には、デフォルトでは実装されていないこれらの部品用のフットプリントが含まれています。

入力容量を使用した ADS125H18EVM の差動入力の測定図 2-24 入力容量を使用した ADS125H18EVM の差動入力の測定

アナログ入力に容量を追加すると、コンデンサの充電に起因するセトリング タイムが長くなりますが、ノイズを低減できます。この動作は、電流源 (OWCS) がオンになったときの測定値に影響を及ぼします。コンデンサは、必要な電圧まで瞬時に充電できないからです。この影響は、コンデンサが瞬時に放電できないため、OWCS をオフにしたときにも測定可能です。

入力容量が OWCS 検出動作にどのように影響するかを測定するため、ADS125H18 評価基板には複数のコンデンサが取り付けられています。それ以外の場合は、セクション 2.3.2の最初に記載されている設定と同じ設定が使用されます。まず、正入力チャネルについて、OWCS を無効にした状態で 512 回変換し、その後 OWCS を有効にした状態で 512 回変換して測定しました。次に、負入力チャネルについて、OWCS を無効にした状態で 512 回変換し、その後 OWCS を有効にした状態で 512 回変換して測定しました。OWCS を無効にした状態での 1024 回の変換結果を平均し、OWCS を有効にした状態での 1024 回の変換結果も平均しました。次に、式 13を使用して二つの OWCSDELTA_DIFF 値を計算し、式 1の項を再配置することで、予測された RSOURCE_OWCS 値に変換しました。表 2-14に、3 つの異なる ODR と 4 種類の入力容量値にわたって RSOURCE = 800kΩ の場合の測定、平均化の結果を示します：

表 2-14 異なる ODR および入力容量における OWCSDelta の測定値と予測 RSOURCE_OWCS (差動入力、RSOURCE = 800kΩ)
入力容量 (nF)ODR = 1.6kSPSODR = 12.5kSPSODR = 50kSPS
OWCSDelta_DiffRSOURCE_OWCS (kΩ)OWCSDelta_DiffRSOURCE_OWCS (kΩ)OWCSDelta_DiffRSOURCE_OWCS (kΩ)
124.00%616.5324.00%611.3723.97%528.68
1023.96%318.1423.89%324.1623.67%0.00
10023.89%515.5423.41%0.0022.86%0.00
100023.29%0.0022.62%0.0022.48%0.00

表 2-14は、OWCSDelta_Diff の値は、データ レートと入力容量によって大きく異なることを示しています。たとえば、ODR = 1.6kSPS で入力容量 = 1nF の場合に予測される RSOURCE_OWCS の値は 616.53kΩ です。この結果は、理想的な 800kΩ RSOURCE 値のほぼ 77% になります。ただし、ODR = 50kSPS、入力容量 = 1000nF の場合に予測される RSOURCE_OWCS 値は 0Ω となり、完全な短絡を示しています。データをポイント単位で確認すると、異なるパラメータ間でこのような大きな不一致が存在する理由を明らかにすることができます。

図 2-25に、次の 4 種類の入力容量値について、RSOURCE = 800kΩ および ODR = 12.5kSPS について、OWCSDelta_Diff 値のポイント バイ ポイントを示します：1nF、10nF、100nF および 1000nF。

異なる入力容量値における OWCSDelta の動作 (差動入力、RSOURCE = 800kΩ、ODR = 12.5kSPS)図 2-25 異なる入力容量値における OWCSDelta の動作 (差動入力、RSOURCE = 800kΩ、ODR = 12.5kSPS)

図 2-25は、入力容量が OWCS の動作に大きな影響を及ぼすことと、表 2-14に示す結果に大きな変動がある理由を示しています：

  • 1nF のプロットは、約 35 回の変換後に、予想される OWCSDelta_Diff 値 24.05% とほぼ等しい定常値に到達します
  • 10nF のプロットは、約 200 回の変換後に、予想される OWCSDelta_Diff 値 24.05% とほぼ等しい定常値に到達します
  • 他の 2 つのプロットは、期待される OWCSDelta_SE 値に決して達しません
  • 他の 2 つのプロットは、512 回の変換後でも定常状態に到達しません

これらの結果は、入力容量が増加するにつれてコンデンサの時定数が大きくなり、セトリング時間が長くなるため、妥当です。

入力コンデンサを取り付けたときに ODR を変更することも、すでに説明したように OWCS の性能に影響を及ぼします。図 2-26に、RSOURCE = 800kΩ および入力容量 = 10nF の 3 つの異なる ODR について、OWCSDelta_Diff 値を示します：1.6kSPS、12.5kSPS および 50kSPS。プロットの x 軸の単位は ms であり、ADC によって捉えられた充電動作を明確に示しています。また、すべてのプロットは同じ点から始まり、互いに重なっています。

異なる ODR 値における OWCSDelta の動作 (差動入力、RSOURCE = 800kΩ、入力容量 = 10nF)図 2-26 異なる ODR 値における OWCSDelta の動作 (差動入力、RSOURCE = 800kΩ、入力容量 = 10nF)

今回も、この結果は妥当です。これは、コンデンサの時定数は変化しない一方で、ODR が高くなるほど ADC のサンプリング時間が短くなるためです。したがって、データ レートが高くなるにつれて、ADC はコンデンサの定常状態よりも充電過程を多く捉えるようになり、測定値の安定性が低下します。

入力容量は、すでに述べたようにノイズを低減するのに役立ちます。図 2-27に、4 種類の入力容量値について、RSOURCE = 800kΩ および ODR = 12.5kSPS のときに OWCS が無効な状態で測定された ADC コードのポイント単位を示します：1nF、10nF、100nF および 1000nF。

異なる入力容量値における ADC コードの動作 (差動入力、OWCS 無効、RSOURCE = 800kΩ、ODR = 12.5kSPS)図 2-27 異なる入力容量値における ADC コードの動作 (差動入力、OWCS 無効、RSOURCE = 800kΩ、ODR = 12.5kSPS)

図 2-27は、入力容量が大きくなるにつれてノイズの拡散が減少することを定性的に示しています。具体的には、入力容量 = 1nF の場合の RMS ノイズは 265.39 コードであるのに対し、入力容量 = 1000nF の場合の RMS ノイズはわずか 16.97 コードです。設計者は、入力コンデンサによるノイズ低減の利点と、コンデンサのセトリングによって生じる課題とのバランスに注意する必要があります。