ADS1256の適切なLPF(アンチエイリアシングフィルター)の設計について

[akinobu参加者]

ADS1256の適切なLPF(アンチエイリアシングフィルター)の設計について

デバイス型番：ADS1256

1.LPFの適切なカットオフ周波数について
ADCの前のLPF(アンチエイリアシングフィルター)について適切なカットオフ周波数をネットなので
調べるとナイキスト周波数近傍が良いと記載がありました。
このとき、ADS1256のデーターシートの表9を見ますと、PGA_SETTING=1にしたとき、τSAMPLE[ns]=521
となっていました。そのため、サンプリング周波数=(1/τSAMPLE)=(1/521ns)≒1919.4Hz
ナイキスト周波数=(サンプリング周波数/2)=(1919.4Hz/2)≒960Hz
よって、LPFのカットオフ周波数=960Hzでよろしいでしょうか？

2.LPF(RC回路)の適切な時定数について
RC回路の設計するにあたって大まかに下記①～③の注意事項がありました。
①RC回路の抵抗とコンデンサを必要以上に大きくしてしまうと精度を悪化させてしまうので注意が必要
②上記①の原因はΔΣ型ADコンバーターは入力電圧をサンプリングするときスイッチ動作をするので、
そのスイッチ動作が落ち着くまでに時間(セトリング時間)が必要

※ADS1256のデーターシートの表13を見ますと、Date_rate[sps]=10
にしたときのセトリング時間[ms]=100.18で良いでしょうか？

③1LSBの精度を実現するためには、セトリング時間が時定数の何倍か必要(添付資料参照)

RC回路の時定数を算出するにあたって下記、(1)がありました。
必要な時定数の倍数×Rin×Cin<セトリング時間・・・・(1)

例えばADS1256は24bitなのですが添付資料に記載されるのは22bitまでなので15.25で
仮に計算します。

下記、計算であっていますでしょうか？
Rin×Cin<(セトリング時間/必要な時定数の倍数)
Rin×Cin<(100.18[ms]/15.25)
Rin×Cin<6.57[ms]

よって、RC回路の時定数は6.57[ms]以下が良い

※RinとCinはLPF(RC回路)の乗数

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[KJ従業員]

Akinobu様

ご投稿ありがとうございます。以下回答致します。

1.LPFの適切なカットオフ周波数について
LPFのカットオフ周波数=960Hzでよろしいでしょうか？

【回答】
カットオフ周波数は960Hzとはなりません。
ΔΣADCのサンプリング周波数は、Modulator FrequencyとDecimation filterの
関係によって決定します。
英文データシートP18のDigital Filter章をご参照ください。
（日本語データシートP16）

2.LPF(RC回路)の適切な時定数について
※ADS1256のデーターシートの表13を見ますと、Date_rate[sps]=10
にしたときのセトリング時間[ms]=100.18で良いでしょうか？

【回答】
表13は、IC内部のDecimation filterのセトリングタイムです。

下記、計算であっていますでしょうか？
Rin×Cin<(セトリング時間/必要な時定数の倍数)
Rin×Cin<(100.18[ms]/15.25)
Rin×Cin<6.57[ms]
よって、RC回路の時定数は6.57[ms]以下が良い

【回答】
申し訳ございませんが、添付頂きました資料に関してのお問い合わせに
つきましては、資料発行元へお問い合わせ頂けますようお願いします。
外部のフィルターに関して、TI社から設計ツールを提供しておりますので
ご利用ください。
http://www.tij.co.jp/ja-jp/design-resources/design-tools-simulation/filter-designer.html

以上、宜しくお願い致します。
KJ

[akinobu参加者]

下記①、②について確認させてください。(添付資料参照)

①ADCのサンプリング周波数は発信器の7.68MHzでいいのでしょうか？
②AIN0とAIN1にあるLPFの抵抗とコンデンサを計算するとカットオフ周波数=5287.54Hzぐらいになるかと思います。
このカットオフ周波数にした意図を教えて下さい。
抵抗=301Ωはとても中途半端な乗数だと思います。

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[KJ従業員]

akinobu様

以下回答致します。

①サンプリング周波数は入力クロックの1/4分周しますので、1.92MHｚになると考えます。

②一般的にはナイキスト周波数(960kHz)の1/10程度のカットオフ周波数であれば、96kHz以下で十分と考えられています。
データシートの例では、ナイキスト周波数の1/20とされています。
RとCの値をあまり大きくしないよう注意してください。
抵抗が大きいほど熱雑音大きく、オフセット電圧ドリフトが大きくなります。抵抗値は3kΩより小さい値を推奨致します。
また、コンデンサが大きいと漏れ電流が大きくなり、信号が歪む可能性がございます。C0G特性のコンデンサを推奨致します。

抵抗301Ωはについては特別な値ではないと考えています。上記のように3kΩより小さいものであれば問題はございません。
ノイズとオフセットのパフォーマンスは、値が小さい方が良いと考えますので、その点考慮頂き定数を決定頂ければと考えます。

以上、宜しくお願い致します。
KJ

[投稿者]

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