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2016.06.06

AD7960で作ったAD変換回路のノイズ特性

AD7960を使って18bitのA/D変換回路を作っています。

Np1084pcb

このボードは18bitのADC(AD7960)が8ch付いていて、フロントエンドはAD8253になっていて、ゲインがx1,x10,x100,x1000で可変であるというものです。

したがって、μVオーダーの微弱な信号から4V程度の信号までなんでも変換できてしまうというものです。

AD7960というのは、1ch入り5Mサンプリングの18bit ADCです。出力はシリアルで出てくるので、最高速度で動かした場合、ディジタル部は250MHz程度のクロックとなるのでLVDSの差動出力になっています。

Ad7960_0

こういうADCを使ったシステムを作るときに、キャプチャソフトまで作ると大変なのですが、先日のテクニックによって、ADCの出力値をFPGA内でデコードして、内蔵ロジアナでキャプチャしてExcelに落とせるようになりました。

入力をGNDに落としてADCの値を見てみます。

Ad7960_1

VREF=4.096Vなので、1LSB≒31μVとなります。

ヒストグラムにしてみると、

Ad7960_2

うーん。サンプル数が少ないので何ともいえませんが、目分量で±3LSB(≒100μV)程度揺らいでいるとみるべきでしょうか。

AD7960のデータシートによれば、この程度のゆらぎはあるようです。

Ad7960_3

データシートによれば、Transition Noiseは1.1LSBとなっています。どの部分が1.1LSBなのかはわかりませんが。

このADCのシステムでノイズを発生させているものは、

  • ADCそれ自身 (35μV)
  • 抵抗(1kΩ)の熱雑音。BW=10MHzとして。13μV。
  • フロントエンドOPアンプ。AD8253・・・10nV/√Hz。BW=10MHzとして、31μV。
  • ADCドライブ用OPアンプ。THS4130・・・1.3nV/√Hz。BW=10MHzとして、4μV。

これらの二乗の和の平方根を取ってみると、√(35^2+13^2+31^2+4^2)≒48。

ノイズは約48μVとなります。

ヒストグラムを見る限り、理論値の2倍程度出ていることになります。

このノイズはどこから来るのか、長いデバッグが始まりそうです。

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