4 設計に関する性能指標

トランスミッタには評価が必要な性能指標がいくつかあります。

ループ コンプライアンス電圧は、トランスミッタが機能するループ電圧の範囲です。主に LDO の制限値によって決定され、保護デバイスを含むループ内の直列素子の影響を受けます。代表的なループ コンプライアンス電圧範囲は 12V～36V です。

分解能は、トランスミッタが生成できる個別の電流出力値の数で、DAC ネイティブ分解能に直接リンクしています。市販の 4mA～20mA トランスミッタの分解能は 12 ビット～16 ビットです。

直線性誤差の大部分は DAC の積分非直線性によって決定されます。これは、全出力範囲にわたる最大誤差 (最下位ビット [LSBs]) です。

ノイズは、出力ノイズ電流の 2 乗平均平方根 (RMS) で測定されます。このノイズによって出力レベルの一部が識別できなくなり、有効分解能が低下する可能性があります。ここで指す有効分解能とは、ノイズ性能の指標を意味します。16 ビット分解能のシステムの場合、信号帯域幅に応じて、13 ビット～15 ビットの有効分解能が期待されます。

精度は、理想的な電流値から電流出力がどれだけ逸脱しているかを測定するものです。オフセット誤差、ゲイン誤差、非直線性誤差の RMS 合計と、これらの値の温度ドリフトが含まれます。未調整誤差の合計は、不正確さのレベルを示します。

動的性能には、信号帯域幅とトランスミッタの安定性が含まれます。帯域幅とは、ループ上で伝送できる電流信号の最大帯域幅を指します。この帯域幅は、DAC のセトリング タイム、アンプ回路の帯域幅、バイパス トランジスタのトランスコンダクタンスによって決定されます。デジェネレーション抵抗を使用することで、トランジスタのトランスコンダクタンス (_gm) の変動に依存しなくなります。多くの場合、アンプ回路も外部で補償されます。安定性は、ループの帯域幅と補償コンデンサの値に関係します。ループの重要なノードの容量を減らすことで、安定性が確保されます。ループの安定性とその要件に関する詳細な分析については、『DAC161S997 データシート』を参照してください。HART 対応のトランスミッタの場合、外付け部品で帯域幅を狭くすると、HART 信号との干渉を防止できます。

回路保護は、ループの逆極性やサージなどの異常な状態からトランスミッタを保護します。逆極性はダイオードによってブロックされます。トランスミッタを逆極性で動作させる場合は、図 3 に示すように整流ブリッジを使用します。サージ保護には、過渡電圧サプレッサ ダイオード (TVS3301 など) と、高電圧イベント時の電流を制限する受動素子が必要です。これらの保護素子は、動作中にある程度の余裕が必要となり、最小コンプライアンス電圧が高くなります。