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2014.03.13

18bit ADC(改)の性能

18bit ADC(改)をついに動かすことができました。

18bitadc_1

まず、無信号時の変換結果です。入力は50ΩでGNDにショートしています。

18bitadc_2

ノイズで揺れていますが、標準偏差を取ってみると約1.3LSBでした。電圧に換算すると42μVです。つまり、18bitのADCで、1.3LSBの性能が出ています。

次にヒストグラムを見てみます。

18bitadc_3 18bitadc_4

このヒストグラムを見ても、ばらつきが1LSB程度であることがわかると思います。

何が言いたいかっていうと、ノイズがすごく少なくて18bit ADCの生の性能が出ているということです。

それから、状態遷移型の発振器で作った約20kHzの正弦波を入れてみました。

18bitadc_5

このように、OPA211とTHS4130で作ったプリアンプは、ひずみも少なく非常に優れた性能を発揮しています。

また、初段アンプをOPA211ではなく、アナデバの差動アンプAD8253に切り替えることもできます。AD8253を使うと、差動入力が使えて、ゲインを1,10,100,1000倍に切り替えられます。

性能と仕様をまとめておきます。

  • ADC … AD7986   18bit
  • チャネル数 … 2CH
  • サンプリング速度 … 2MHz
  • 入力フルスケール ±4.096V
  • 分解能 … 1LSB = 31.25μV
  • ノイズ … 約1.3LSB
  • 入力インピーダンス … 50Ωまたはオープン (OPA211またはAD8253)
  • 入力方式 … シングルエンド、または差動(AD8253使用時)
  • プリアンプのひずみ率 … 約(-100dB (約0.0005%) (OPA211使用時)
  • プリアンプゲイン … 1,10,100,1000倍に切り替え可 (AD8253使用時)
  • DAC 16bit,1MHz,2ch。±2.5Vフルスケール。

ようやく満足のいく性能が出たのですが、ここに至るまでにとても苦労がありました。まず、今回は手作業ではんだ付けをしたのですが、結構はんだ付けミスが多く、原因究明に無駄な時間を使ってしまったこと。次に、Digikeyに注文したTHS4130の袋に別の部品が入っていて、気付かずに実装していたこと。

あと、はっきり実感したことは、4層基板で作った本機は、2層基板の試作品よりもノイズがはるかに小さいということです。電源回路やDACからのノイズの混入も観測できないほどでした。電源専用プレーンの効果を実感しました。

来週中には第1ロットの量産試作を始めたいと思います。この基板は原価がとても高いので一度にたくさん作れません。少しずつ製造していこうと思います。

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