日本人が開発！ INL誤差0.5ppmを達成した20ビット/1MspsのA-Dコンバータ：リニアテクノロジー LTC2378-20

リニアテクノロジーは、20ビット分解能、毎秒1Mサンプリング（1Msps）の逐次比較（SAR）型A-Dコンバータとして、積分非直線性（INL）誤差を標準で0.5ppm、最大でも2ppmに抑えた「LTC2378-20」など3製品を発売した。

[竹本達哉，EDN Japan]

　リニアテクノロジーは、20ビット分解能、毎秒1Mサンプリング（1Msps）の逐次比較（SAR）型A-Dコンバータとして、積分非直線性（INL）誤差を標準で0.5ppm、最大でも2ppmに抑えた「LTC2378-20」を発売した。価格は1000個購入時29.50米ドルから。

「LTC2378-20」の製品イメージ （クリックで拡大）

　アナログ信号をデジタル信号に変換するA-Dコンバータは、アナログ信号の大きさを測り、デジタルの数値に変換する。アナログ信号に「定規」を当てて、電圧の高さを測定しているようなものだ。LTC2378-20の場合、20ビット分解能なので、2²⁰＝104万8576個の目盛りが付いた電圧を測る定規と言える。完全差動入力範囲は±5V（外部の基準電圧源使用時）であり、10V幅の信号の電圧値を2²⁰個の目盛りの付いた定規で測る。

　LTC2378-20が達成したINL誤差0.5ppm（標準値）という値は、定規で例えるならば、目盛りの位置が本来の位置に対しズレている幅が「定規の100万分の0.5分」という意味。0.5mm以下の誤差で測定できる長さ1000mの定規のような極めて高い精度を誇る。

　ただ、A-Dコンバータの誤差を生む要素は、INL誤差以外にもノイズや高調波などの影響でも生じる。全高調波歪み（THD）は、INL誤差にほぼ比例するもので、INL誤差が小さいため全高調波歪率も−125dB（標準値）という低い値を実現している。SN（信号対ノイズ）比も優れた値を誇り、サンプリングレート1Msps（1秒間に100万回測定する）であれば、有効ビット数（実際に使える定規の目盛りの数）は17.0を達成している。加えて、ランダムに発生するノイズの影響は、測定する値に対するサンプル数（定規を当てる回数）を増やすことで、減らすことができるため、サンプリングレート250ksps（サンプル数＝4回）であれば、有効ビット数18.0が実現できる。

　ゲイン誤差は10ppm（標準値）で、ゲインの温度ドリフトは1℃当たり±0.05ppm（標準値）。さらにオフセット誤差は最大で13ppmで、オフセットの温度ドリフトも0.007ppm/℃を実現している。

　リニアテクノロジー日本法人で地域統括セールスマネージャを務める小林純一氏は、「オフセットやゲインの誤差は、さまざまな手法で補正することが可能だが、INLだけは、補正が効かず、A-Dコンバータの性能を完全に決定してしまう。さらに、補正が面倒な温度ドリフトに関しては、補正が不必要なぐらいの小さな誤差も実現できている。A-Dコンバータの性能は、計測器などA-Dコンバータを搭載する最終製品の性能を決定する要素であり、画期的な精度を実現した新製品を必要とする用途は多くある」という。同社によると、「SAR型A-Dコンバータの分解能20ビットの製品化は業界初」とし、競合メーカー製18ビットA-DコンバータのINL誤差は「最小でも8ppm程度だった」という。

　リニアテクノロジーでは、LTC2378-20の他に、20ビットSAR型A-Dコンバータとして最大サンプリングレート500kbpsの「LTC2377-20」、同250kbpsの「LTC2376-20」も同時に発売している。

ADC製品ファミリ担当デザインマネージャを務める河本篤志氏

　優れた精度を誇るA-Dコンバータを開発できた要因として小林氏は、「数年前にA-Dコンバータ製品の設計チームのマネージャに日本人の河本篤志氏が就任し、SAR型A-Dコンバータのデザインを根本から見直した。河本氏が築いた全く新しい技術基盤により、競合メーカーを上回る16ビット、18ビットのSAR型A-Dコンバータがリリースできるようになり、今回、業界初の20ビット品の投入にまで至った。このクラスのA-Dコンバータは、性能が最優先される。高い性能を実現した新製品でより多くの顧客を獲得したい」と語っている。