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数MHz以上のアナログ信号をディジタル信号に変換するために

高速A-D変換のしくみとIC活用術(後篇)

アナログ入力部に要求される特性と変換精度への影響

プリアンプの役割

図3に示すように、A-Dコンバータのアナログ・フロントエンドには、プリアンプが配置されます。
プリアンプには、インピーダンス変換、レベル・シフト、増幅、シングル-差動変換といった役割が要求されます。
A-Dコンバータの周辺回路

■インピーダンス変換
A-Dコンバータの入力インピーダンスZiが比較的小さく、アナログ信号源の出力インピーダンスZoが比較的大きい場合、分圧によってゲイン誤差Zo/(Zo+Zi)が発生します。50Ω終端されたA-Dコンバータに対し、1Ω駆動ならば約2%の誤差が生じますし、インピーダンス整合条件の50Ω駆動ならば、2分の1になります。
A-Dコンバータの入力インピーダンスは、必ずしも一定であるとは限りません。A-D変換方式によっては、入力容量が
大きかったり、ダイナミックに入力電流が変動します。このようなときは、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスの低いプリアンプを使うことで、誤差なくA-D変換することができます。

■レベルシフト
A-Dコンバータのコモン・モード入力電圧範囲は、必ずしもユーザにとって使いやすいレベルのものではないので、プリアンプでレベル・シフトを行います。

■増幅
A-Dコンバータの入力フルスケールに対し、アナログ信号源の出力フルスケールが小さい場合、プリアンプで増幅すれば、A-Dコンバータのレンジを有効に使うことができます。さらにプリアンプのゲインを可変にすれば、一つのA-Dコンバータでさまざまなレベルの信号をA-D変換できます。

■シングル-差動変換
A-Dコンバータによっては、性能をフルに発揮するために差動入力を要求するものがあります。
一方、アナログ信号源は通常シングルエンドですから、プリアンプでシングル-差動変換する必要があります。