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アナログ・テクノロジ・シリーズ 【シリーズ一覧へ】

増幅,フィルタリング,ADC/DACの実用技術

アナログ計測回路設計実例集

Bob Dobkin/Jim Williams 著
リニアテクノロジー 監訳
高橋徹/細田梨恵/小林芳直/堀敏夫/服部明 訳
B5判 648ページ
定価7,776円(税込)
JAN9784789842860

2014年12月15日発行

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 本書は,米国Linear Technology社による「Analog Circuit Design:A Tutorial Guide to Applications and Solutions」の「Part2 Data Conversion, Signal Conditioning and High Frequency」を翻訳したものです.(Part1 Power Managementは『電源回路設計実例集』として既刊).編集ならびに多くの記事の執筆を,伝説のアナログ・グルと呼ばれた故ジム・ウィリアムス氏が担当しています.Linear Technology社のデバイスを例に,各種のミクスド・シグナル/シグナル・コンディショニング/高周波回路を作る方法がわかりやすく書かれています.アナログ技術の専門家のみならず,各種信号処理回路の基本を知りたいと考えている入門者にもお勧めできる内容です.


目 次

第1部 データコンバージョン

第20章 トランスデューサからの信号を直接ディジタル変換するためのテクニック
温度センサの信号処理
ストレインゲージの信号処理
フォトダイオードの信号処理
相対湿度センサの信号処理
水準センサの信号処理
加速度センサの信号処理

第21章 高性能A/Dコンバータを使い切るための傾向と対策
A/Dコンバータの「入力」はいくつもある
アナログ入力の駆動
変換開始入力の駆動
ジッタの影響
データ出力のレイアウト

第22章 研究所標準グレードのドリフト0.1ppm/℃ 20ビットDAC
1ppmの専用デジタル変換技術
イントロダクション
20ビットDACのアーキテクチャ
回路の詳細
直線性に関する検討事項
DC性能特性
ダイナミック性能
まとめ
Appendix A 高精度D/A変換の歴史
Appendix B LTC2400 ― モノリシック24ビットA/Dコンバータ
Appendix C 1ppmに達するデータコンバータ直線性の検証
Appendix D プロセッサに基づくコードコンパレータ
Appendix E 直線性と出力レンジのオプション
Appendix F 出力段
Appendix G DACのセトリング時間測定
Appendix H マイクロボルトレベルのノイズ測定
Appendix I 電圧リファレンス
Appendix J ケーブル,接続,はんだ付け,レイアウト,部品選定,隠れた危険と奥義

第23章 デルタシグマ型A/Dコンバータによるブリッジ測定の技術
直接デジタイズした低価格で精密な高度計
アンプのノイズに対するA/Dコンバータの応答
LTC2440を使い,より高速な動作,あるいはより高い分解能を得る
Appendix A AC駆動されたブリッジの周波数応答
Appendix B 分解能の測定,ノイズの実効値とピークツーピーク値の関係そして心理学的な要素について
Appendix C 高度計のファームウェアコード
Appendix D 相関をとる二重サンプリングドライバのファームウェアコード

第24章 18ビットD/Aコンバータのセトリング時間を測る
最後の天使は高速化する端子上のダンスをいつやめるのか?
DACのセトリング時間
セトリング時間の測定方法と問題点
サンプリング技術を応用した高分解能セトリング時間の測定
サンプリングスイッチの開発
能動素子を使ったスイッチ回路
トランスコンダクタンスアンプを応用したスイッチ
DACセトリング時間の測定方法
セトリング時間回路の詳細
セトリング時間測定回路の性能
サンプリング方式のセトリング時間測定回路の使い方
Appendix A 高精度D/A変換の歴史
Appendix B オシロスコープのオーバードライブ性能の評価
Appendix C 信号経路の遅延補正と回路の調整手順
Appendix D DACの出力アンプの実用的な補償方法
Appendix E 非常に特殊な場合:チョッパアンプのセトリング時間の測定
Appendix F シリアル入力DACのセトリング時間測定
Appendix G 試作ボード,レイアウトと接続の技法
Appendix H セトリング時間測定回路の性能を確かめるには
Appendix I 追加回路

第2部 シグナルコンディショニング

第25章 スイッチトキャパシタによる計測用回路の設計
計装アンプ
超高性能計装アンプ
ロックインアンプ
広帯域,ディジタルコントロールの可変ゲインアンプ
精密にリニアライズした白金RTD用シグナルコンディショナ
相対湿度センサ用シグナルコンディショナ
LVDT用シグナルコンディショナ
チャージポンプによるF⇒V/V⇒Fコンバータ
12ビットA/Dコンバータ
その他の回路

第26章 新しいチョッパ安定化OPアンプのためのアプリケーションの考察と回路例
応用回路

第27章 5V単一電源で動作するリニア回路の設計
リニアライズしたRTD用シグナルコンディショナ
出力をリニアライズしたメタン検出センサ
冷接点補償による熱電対シグナルコンディショナ
5V動作の精密計装アンプ
5V動作ストレインゲージ用シグナルコンディショナ
タコメータを使わないモータ速度コントローラ
4-20mAカレントループ送信機
完全に絶縁されたリミットコンパレータ
完全に絶縁された10ビットA/Dコンバータ

第28章 計装ローパス・フィルタへの応用の考察
LTC1062の調整
LTC1062のクロック要件
内部発振器
クロックのフィードスルー
単一5V電源動作
ダイナミック・レンジとSN
ステップ応答とバースト応答
ほぼエイリアシングのないLTC10621
LTC1062のカスケード接続
LTC1062を使用したノッチ・フィルタ
コンデンサの種類について
クロック回路

第29章 微小電力シグナルコンディショニング回路
白金RTD用信号コンディショナ
熱電対用シグナルコンディショナ
サンプリング型のストレインゲージ用シグナルコンディショナ
出力ストローブを使うストレインゲージブリッジ用シグナルコンディショナ
カレントループ向けのサーミスタ用シグナルコンデイショナ
微小電流の室温調整器
冷凍庫用アラーム
12ビットA/Dコンバータ
10ビットで電流消費100μAのA/Dコンバータ
20μs動作のサンプル&ホールド回路
10kHz V/Fコンバータ
1MHz V/Fコンバータ
スイッチングレギュレータ
ポストレギュレータ付き微小電力スイッチングレギュレータ

第30章 熱電対の測定
熱電対の全容
信号処理における問題
冷接点補償
アンプの選択
その他の回路上の考察
熱電対用差動アンプ
絶縁された熱電対アンプ
デジタル出力の熱電対アイソレータ
直線化の手法
Appendix A 熱電対システムの誤差要因

第31章 スイッチトキャパシタフィルタの謎を解く
システム設計者によるフィルタ概論
スイッチトキャパシタフィルタ
回路基板のレイアウトの検討
電源
入力の考察
フィルタの応答
フィルタの感度
出力の考察
駆動クロック
結論
Appendix A 矩形波からサイン波への変換
Appendix B バイパスコンデンサについて

第32章 ブリッジ回路
ゲインとバランスの結婚
抵抗ブリッジ
ブリッジ出力アンプ
DCブリッジ回路アプリケーション
コモンモード抑圧テクニック
単電源のコモンモード除去回路
スイッチトキャパシタ方式のインスツルメンテーションアンプ
光結合スイッチトキャパシタによるインスツルメンテーションアンプ
プラチナRTD抵抗ブリッジ回路
デジタル的に補正するプラチナ抵抗ブリッジ
サーミスタブリッジ
ローパワーブリッジ回路
間欠電源ブリッジドライブ
出力サンプル式ブリッジシグナルコンディショナ
連続出力サンプル式ブリッジシグナルコンディショナ
高い分解能の連続出力サンプル式ブリッジシグナルコンディショナ
AC駆動型ブリッジ/同期式復調器
水準器用AC駆動ブリッジ
タイムドメインブリッジ
ブリッジオシレータ
クォーツ安定化ブリッジオシレータ
正弦波出力クォーツ安定化ブリッジオシレータ
ウィーンブリッジ方式のオシレータ
ダイオードブリッジ方式の2.5MHz精密整流/交流電圧計
Appendix A ストレインゲージブリッジ
Appendix B ブリッジ読み出し,昔と今
Appendix C ウイーンブリッジとMr.Hewlett
Appendix D 歪測定についての理解
Appendix E ブリッジインタフェースに関する実際的な考察

第33章 高速アンプの技法
設計者のための広帯域回路の手引き
まえがき
序章
高速設計の考え方
マーフィー氏の高速アンプ実例集
解説要綱
ケーブル,コネクタ,終端について
プローブとプローブ接続技術に関して
オシロスコープに関して
グランド・プレーンに関して
バイパス・コンデンサに関して
試作基板作製技術
発振
応用例1 ― アンプ
高速12ビットDAC用アンプ
2チャンネル・ビデオアンプ
簡単なビデオアンプ
ケーブル・レシーバを通るループ
DCの安定化―加算点の技術
DCの安定化―差動検出技術
DCの安定化―サーボ制御FET入力段
DCの安定化―並列経路の完全差動入力
DCの安定化―並列経路で利得が1000倍の完全差動入力
高速差動ライン・ドライバ
トランス結合アンプ
オフセット調節可能な差動コンパレータ・アンプ
設定可能な自動制限/オフセット付きの差動コンパレータ・アンプ
フォトダイオード・アンプ
高速フォト積分器
光ファイバ受信器
適応型トリガ付きの40MHz光ファイバ受信器
50MHz高精度アナログ乗算器
出力ブースタ段
高出力ブースタ段
セラミック・バンドパス・フィルタ
水晶フィルタ
応用例2 ― 発振器
正弦波出力の水晶発振器
電気的利得制限付きの正弦波出力水晶発振器
1MHz〜10MHzをDC調節可能なウィーンブリッジ発振器
完全なAMラジオ局
応用例3 ― データ変換
1Hz〜1MHzの正弦波VCO
1Hz〜10MHzのV-F変換器
8ビット,100nsのサンプル&ホールド回路
15nsの電流加算型コンパレータ
適応型閾値の50MHzトリガ回路
高速のパルス幅-電圧変換器
広帯域な真の実効値電圧計
応用例4 ― その他の回路
RFレベル制御ループ
電圧制御電流源
高出力電圧制御電流源
18ns回路遮断器
Appendix A プローブの基礎知識
Appendix B アンプのセトリング時間の測定
Appendix C 発振問題 ― 創意工夫した周波数補償
Appendix D プローブとオシロスコープの応答測定
Appendix E 高インピーダンスの超高速プローブ
Appendix F 試作基板の補足事項
Appendix G 民営AM放送局用のFCCライセンスを受けるための開局許可申告書
Appendix H 電流帰還について
Appendix I 高周波アンプの評価基板
Appendix J 無生物物体の挙動を理解するためのエドセル・マーフィー(Edsel Murphy)の貢献

第34章 単電源動作の7nsコンパレータ
開化された速度を仕事に導入する手引き
概要
LTC1394の概要
高速コンパレータ問題の悪い例
解説要綱
パルス・ジェネレータに関して
ケーブル,コネクタ,終端に関して
プローブとその接続技術に関して
オシロスコープに関して
グランド・プレーンに関して
バイパス・コンデンサについて
基板試作技術
応用例
水晶発振器
出力切り替え式水晶発振器
温度補償型水晶発振器(TCXO)
電圧制御型水晶発振器(VCXO)
電圧調整型クロック・スキュー発生器
簡単な10MHzのV-F変換器
高精度な1Hz〜10MHzのV-F変換器
高速で高インピーダンスの可変閾値トリガ
高速適応型トリガ回路
180ns /500μV感度のコンパレータ
電圧制御型遅延回路
10nsサンプル-ホールド回路
ns以下の可変遅延パルス発生器
高速パルス伸張器
20ns応答の過電圧保護回路
Appendix A レベルシフトに関して
Appendix B プローブとオシロスコープの応答を測定

第35章 電圧リファレンスの理解と応用
電圧リファレンスの基礎知識
不可欠な機能
リファレンスに関する落とし穴
温度によって生じるノイズ
リファレンスの応用例
Appendix A 埋め込みツェナー:低い長期ドリフトとノイズ
Appendix B ΔVBE:集積回路の原動力

第36章 モノリシック発振器の計測器への応用
普遍的なクロック
概要
クロックの種類
極めて簡単で高性能な発振器
白金RTDデジタイザ
サーミスタ-周波数変換器
3500V耐圧の絶縁型サーミスタ-周波数変換器
ヘテロダイン方式の相対湿度センサ・デジタイザ
チャージポンプ方式の相対湿度センサ・デジタイザ
時間領域ブリッジ構成の相対湿度センサ・デジタイザ
ノイズが40nV,ドリフトが0.05μV/℃のチョッパ型バイポーラ・アンプ
ノイズが45nV,ドリフトが0.05μV/℃のチョッパ型FETアンプ
クロック調節可能なフィルタを使用した正弦波発振器
クロック調節可能なメモリを使用した正弦波発振器
クロック調節可能なノッチ・フィルタ
20×106 :1のダイナミック・レンジをもつクロック調整可能なインターバル発生器
8ビットで80μsの受動型入力A/Dコンバータ
Appendix A LTC1799の内部動作
Appendix B RSETノードの検討

第37章 広帯域アンプのスルーレートを検証
スルーを操る
アンプの動的応答
パルス・ジェネレータの立ち上がり時間が測定に与える影響
立ち上がり時間がナノ秒未満のパルス・ジェネレータ
立ち上がり時間が360psのパルス・ジェネレータ
回路の最適化
スルーレート測定の改良
Appendix A 立ち上がり時間測定の確度を確かめる
Appendix B パルス・ジェネレータの出力レベルをシフトする
Appendix C ピコ秒領域での接続,ケーブル,アダプタ,減衰器,プローブについて

第38章 RMS-DCコンバータを使用した計測回路
RMSコンバータは平均の結果を整流
概要
絶縁された電力線モニタ
完全に絶縁された2500V耐圧で広帯域なRMS-DCコンバータ
低歪みAC電源 RMS電圧レギュレータ
1000倍のDC安定化ミリボルト・プリアンプ
広帯域な10進単位の1000倍プリアンプ
広帯域で絶縁型のRMS水晶電流測定
周波数が安定で低歪みなAC電圧基準
RMS均一出力のランダム・ノイズ発生器
RMS振幅安定化レベル・コントローラ
Appendix A RMS-DC変換
Appendix B AC測定と信号処理の実践
Appendix C 対称的な白色ガウス雑音

第39章 低ノイズ電圧リファレンスの775nVのノイズの測定
沈黙の定量化
ノイズ測定
ノイズ測定回路の性能
Appendix A メカニカルな部分およびレイアウトに関する検討事項
Appendix B 入力コンデンサの選択手順
Appendix C 電源,グラウンド,およびシールドに関する検討事項
Appendix D 高感度で低ノイズのアンプ

第3部 高周波/RFデザイン

第40章 LT5528によるWCDMAのACPR,AltCPR,ノイズの測定

第41章 I/Q変調器で位相と遅延誤差を正確に測る方法
測定
実測結果
結論



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