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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)

高速A-D変換の技術「タイム・インターリーブ」

複数のA-Dコンバータのサンプリングクロック位相をずらして動作させる

高速なA-Dコンバータを実現するためには、タイム・インターリーブ動作やパラレル・パイプライン動作と呼ばれる並列処理の手法を使うことが一般的です。基本的な考え方は、マイクロプロセッサなどで広く使われている並列処理と同じ考え方です。
図9に示すように、あるA-Dコンバータのクロック信号に対して、それ以外のA-Dコンバータに供給するクロック信号の位相をT/Nずつずらします。2個の同じA-Dコンバータを使用して、サンプリング・タイミングを1/2クロック周期ずらして使えば、2倍の変換速度を得ることができます。オン・デューティ50%のクロック信号であれば、立ち上がりと立ち下がりの両エッジを使って、入力信号をサンプリングしてA-D変換を行います。
タイムインターリーブ動作の原理

実現するための技術的な課題

一般に、入力にサンプル&ホールド回路を付加して,全体のA-Dコンバータで必要とされる入力周波数帯域を確保します。
また、各A-Dコンバータの特性が揃っていることが重要です。各A-Dコンバータに大きさの異なるオフセットやゲイン・エラーがあると、直流信号をA-D変換していてもパターン・ノイズと呼ばれるスプリアス信号がA-D変換結果に発生します。
特に、スルー・レートの高い信号や高周波の入力信号に対しては、クロック位相が正確にT/Nの差をもっていないと、A-D変換結果に大きな誤差を生じます。
インターリーブは高速化にとても有効な手法で、GHzを越えるA-Dコンバータではよく目にするテクニックです。最近では、250MS/s 8ビットのA-Dコンバータを80個タイム・インターリーブ動作させた、20GS/s 8ビットA-Dコンバータという超並列化の例も報告されています(参考文献1)