RL78 I1E ΔΣ24bitADCの変換時間について

お世話になります。ackと申します。


初めてΔΣ24bitADCを使用することになり,その変換時間を計算したいと思っています。

通常のADCとは違い,マニュアルに1回あたりの変換時間を見つけることができませんでした。

マニュアルの「A/D 変換を 1 回終了するたびに,割り込み要求(INTDSAD)が発生」という

表現は,サンプリング周波数(1MHz)とオーバ・サンプリング比とA/D変換回数,平均化をする

場合は平均化データ数とどのような関係になるのでしょうか。

単純にサンプリング周期(1μs)×オーバ・サンプリング比×A/D変換回数×平均化データ数という

ことで良いのでしょうか。

ΔΣADCを使用するのが初めてのため,仕組みを勉強しながら試行錯誤を繰り返しています。
ご教授いただけると幸いです。

  • ackさん

    動作モードによってちょっと複雑みたいですね。
    1回の変換時間は、0.48828Ksps(@2048オーバーサンプリング)~ 15.625 ksps(@64オーバーサンプリング)×平均化数で、
    複数チャンネル同時変換する場合は、AUTOSACNが自動的にA/D変換回数指定で指定した値1~8032回分空打ちして変換値を安定化(Settling)するので、

    ・1チャンネルだけなら、変換時間×オーバーサンプリング×平均化数
    ・複数チャンネルスキャンなら、「変換時間×オーバーサンプリング×平均化数 + A/D変換回数指定」×チャンネル数
    となります。

    R01UH0524JJ0100 Rev.1.00の373ページにある図14-36 AUTOSCANシーケンスが分かりやすいと思います。

    P.S.

    図をみたら、1チャンネルだけのワンショットでもAUTOSACNが動いて空打ちするみたいですね。

  • こんにちはackさん、NAKAといいます。

    僕もRL78/I1E使ってます。

    内容はKirin先生の通りだと思います。NAKAは頭が弱いのでもうちょっと簡単に....

    RL78/I1Eに搭載されたΔΣADCのサンプリング周波数は1MHz固定ですので、

    これを前提として説明させて頂きます。

    1回分のAD変換をどれだけでのOSRで行うかでAD変換特性が変わります。

    I1EではOSRを6通り(64~2048)の中から設定でき、OSRが高い方がSINAD特性が

    良くなります。

    しかし、トレードオフでOSRが高いとAD変換速度が遅くなります。※UMのP362

    また、SINDA特性はGainにも依存しますのでご注ください。

    ※24bitΔΣ特性データをご参照ください。

    例)

    OSR       AD変換速度       AD変換時間

    64        15.625ksps        64usec        ←1MHzを64サンプリング

    2048       488.28sps      2048usec      ←1MHzを2048サンプリング

    例えば、1秒間に200回程度AD変換が必要であれば、OSR=2048でも間に合います。

    対象Ch=Ch0のみ、OSR=2048、AD変換回数=200回

    セットリング時間を含めてAD変換200回が完了するまでの時間=約414msecとなります。

    但し、これは1チャネルのみを連続変換した場合であり、複数チャネルの場合は

    異なりますのでご注意ください。

    AD変換回数の決め方は入力信号がDCなのか、平均化処理が必要なのかなどで

    決めて頂くと良いと思います。

    例)

    DC信号の場合、1回変換でも良いがばらつきを補正するため複数回AD変換する。

    AC信号の場合、FFT処理をするため複数回AD変換する。など

    有効bitは18~19bitでしょうか?

  • Kirin様,NAKA様

    ご回答ありがとうございました。お二人のご親切な解説に基づいてマニュアルを

    読み直してみて,少しずつ理解が増してきたように思います。

    現在までのところ下記のように理解したのですが,間違いがありましたら

    ご指摘いただけますでしょうか。

    I1Eの⊿ΣA/D変換の場合

    1. サンプリング周波数は1MHz固定(1usec周期)

    2. OSR(64~2048usec)が1回の変換時間。

    3. PGAxCTL2の値がA/D変換回数(1~8032回)

    4. OSR×A/D変換回数(usec)毎に1回のA/D変換が完了

    よって,1Chの1回あたりのA/D変換所要時間は

      Settling Time + OSR×A/D変換回数(usec) ・・・(A)

    さらに平均化処理を行う場合は

      (A)×平均データ数(usec) ・・・(B)

    複数チャンネルの場合は(A)または(B)×チャンネル数(usec)

    P.S.

    オーバーサンプリングは一定時間内のA/D変換の分解能を増やすという

    イメージがありますが,I1Eの場合はサンプリング周波数が固定のため,

    時間をかけて分解能を増やすという理解でよいのでしょうか。

  • ackさん

    概ねOKです。たぶん式の書き方の問題だと思いますけども、Settling Time は平均データ数には関係ないので、(B)の式は
      Settling Time + OSR×A/D変換回数×平均データ数 ・・・(B')
    ですね。

    オーバーサンプリングは、記載されている通りで、log2(OSR比)の分だけ分解能(ビット)を拡張できます!

    p.s.
    ちなみに、デジタル(SINC)フィルタで、「セトリング時間(Settling time)としてサンプリング期間の3倍の時間(=3×1/fout)+128μsを必要とします。」と記載されているので、
    Settling time=OSR×1usec+A/D変換回数となりそうです。
    「備考 セトリング時間は,内蔵シーケンサであるAUTOSCANにて自動的に生成されます。」と記載されていので、たぶんA/D変換回数の設定に関わらず固定値が付加されるようです。
    実際に使っているNAKAさん教えて!

  • Kirin様

    ご指摘ありがとうございます!平均化をする場合は Settling Time は1回の計算でよかったんですね。

    勘違いしておりました。

    オーバーサンプリングの理解が正しかったとすると,次はNAKA様がご指摘くださったように

    変換時間と特性を考慮してA/D変換回数や平均化を決めればいいですね。

    実際には2chを使用し,できれば1秒間に300回ほど変換を行いたいと思っています。

    入力はDC信号で有効Bitは16bitで十分なので,精度はほどほどにしてスピード重視の設定を

    計算と実験で決めようと思います。

    初めてのΔΣ24bitADCで暗中模索状態で,マニュアルを読んでも自分の知識不足で言語明瞭意味不明瞭,

    使いこなすまでにはほど遠いですが,これで光が見えてきました。今回の必要は満たせそうです。

    本当にありがとうございました。

  • ついでに、
    有効ビット(ENOB)の計算方法は、SNDR(=SINAD)[dB]を元にすると
    ENOB=(SNDR-1.76)/6.02 なので、
    RL78/I1Eのデータシートから「GSET1=1, GSET2=1, fIN=50Hz ノーマル・モード,Pin=-1dBFS」typ. 85dBの時
    有効ビットENOB=(85-1.76)/6.02 = 13.8bitになります。

    log2(2048/64)=5、13.8+5=18.8bitとなるので、
    NAKAさん情報の有効ビットが18-19ビットというのはOSR=2048の時ということになりそうです。

    がんばってくださいね!

  • Kirin先生!

    有効ビットが18-19bitは、実測で評価および、うっふっふっふっ....極秘資料入手....なんちゃって!.....笑)あまり詳しく話すとまた消されちゃいますのでそこそこに!

    P.S.

    いつもみなさんに教えていただいてばかりのNAKAですが、多少でもお役に立ててうれしいです!

  • NAKAさんのところは お土地柄か、いっつも新しいものを最初に使えて羨ましいですねー^^

  • ありがとうございます。

    そのような計算式があるのですね。ゲインはちょうど1倍で使用するので,今回有効ビットを16ビット

    くらいとしてOSR=512として実験したところ,精度も期待したとおりで変換速度も十分でした!

    何度も的確な情報を教えてくださり感謝いたします。ありがとうございました。

  • 現在、某メーカのセンサー、アナログ、A/D、通信I/Fが1パッケージになった専用Socと戦ってますが、RL78/I1Eのスマアナを使ったディスクリート構成で、SNR、時間精度等性能面では完全に凌駕してやりました!!(機能面で負けてる部分もありますが...汗)

    みなさーん!ルネサスのSmartAnalog MCU 結構いいですよーぉ!!どんどん使ってくださ~い!!!と媚びを売ってみる......笑)