Ad8546: マイクロパワー、rrio、cmos、18 V 、オペアンプ (rev. A) Pdf

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マイクロパワー、RRIO、CMOS、18 V オペアンプ AD8546 高電圧でマイクロパワー(18 V): 22 μA (max) 低入力バイアス電流: 20 pA max ゲイン帯域幅積: 200 kHz スルーレート: 70 V/ms 単電源動作: 2.7 V～18 V 両電源動作: ±1.35 V～±9 V ユニティ・ゲイン安定 OUT A 1 –IN A 2 +IN A 3 AD8546 TOP VIEW (Not to Scale) V– 4 8 V+ 7 OUT B 6 –IN B 5 +IN B 09585-001 ピン配置 特長 図 1.8 ピン MSOP アプリケーション ポータブル医用機器 リモート・センサー トランスインピーダンス・アンプ 電流モニタ 4 mA～20 mA のループ・ドライバ バッファ/レベル・シフト 概要 AD8546 は、低消費電力と広い動作電源電圧範囲のアプリケー ションに対して最適化された、マイクロパワー、高入力インピ ーダンスのデュアル・アンプです。 この AD8546 RRIO は低周波データ・コンバータ駆動用の広いダ イナミックレンジを提供するため、ワイヤレスまたはリモー ト・センサーまたはトランスミッタでのセンサー・フロント・ エンドまたはハイ・インピーダンス入力ソースの DC ゲインおよ びバッファリングに最適です。 AD8546 は、2.7 V～18 V (単電源)または±1.35 V～±9 V (両電源) の広い動作電圧範囲で低電源電流仕様 (22 µA)を持つため、ECG、 脈拍計、血糖値計、煙検出器、火災報知器、振動モニタ、バッ クアップ・バッテリ・センサーのような、多様なバッテリ駆動 のポータブル・アプリケーションに適しています。 AD8546 は−40°C～+125°C の拡張工業用温度範囲で動作が規定さ れ、8 ピン MSOP パッケージを採用しています。 表 1.マイクロパワー・オペアンプの一覧 1 Supply Voltage Amplifier 5V 12 V to 16 V Single AD8500 ADA4505-1 AD8505 AD8541 AD8603 AD8663 Dual AD8502 ADA4505-2 AD8506 AD8542 AD8607 AD8667 AD8657 OP281 OP295 ADA4062-2 Quad AD8504 ADA4505-4 AD8508 AD8544 AD8609 AD8669 OP495 ADA4062-4 1 Rev. A 36 V OP481 マイクロパワー・オヘアンプの最新の選択肢については http://www.analog.com/jp/index.htmlをご覧ください。 アナログ・デバイセズ社は、提供する情報が正確で信頼できるものであることを期していますが、その情報の利用に 関して、あるいは利用によって生じる第三者の特許やその他の権利の侵害に関して一切の責任を負いません。また、 アナログ・デバイセズ社の特許または特許の権利の使用を明示的または暗示的に許諾するものでもありません。仕様 は、予告なく変更される場合があります。本紙記載の商標および登録商標は、各社の所有に属します。 ※日本語データシートは REVISION が古い場合があります。最新の内容については、英語版をご参照ください。 ©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 社／〒105-6891 東京都港区海岸 1-16-1 ニューピア竹芝サウスタワービル 電話 03（5402）8200 大阪営業所／〒532-0003 大阪府大阪市淀川区宮原 3-5-36 新大阪トラストタワー 電話 06（6350）6868 本 AD8546 目次 特長......................................................................................................1 代表的な性能特性.............................................................................. 7 アプリケーション ..............................................................................1 アプリケーション情報 .................................................................... 17 ピン配置..............................................................................................1 入力ステージ................................................................................ 17 概要......................................................................................................1 出力ステージ................................................................................ 18 改訂履歴..............................................................................................2 レールtoレールの入力と出力 ..................................................... 18 仕様......................................................................................................3 抵抗負荷........................................................................................ 18 電気的特性—2.7 V動作 .................................................................3 コンパレータ動作 ........................................................................ 18 電気的特性—10 V動作 ..................................................................4 電気的特性—18 V動作 ..................................................................5 4 mA～20 mAのプロセス・コントロール電流ループ・トラン スミッタ........................................................................................ 19 絶対最大定格 ......................................................................................6 外形寸法............................................................................................ 21 熱抵抗..............................................................................................6 オーダー・ガイド ........................................................................ 21 ESDの注意 ......................................................................................6 改訂履歴 4/11—Rev. 0 to Rev. A Changes to Product Title, Features Section, Applications Section, General Description Section and Table 1..............................................1 1/11—Revision 0: Initial Version Rev. A － 2/21 － AD8546 仕様 電気的特性—2.7 V動作 特に指定がない限り、VSY = 2.7 V、VCM = VSY/2、TA = 25°C。 表 2. Parameter Symbol Test Conditions/Comments INPUT CHARACTERISTICS Offset Voltage VOS VCM = 0 V to 2.7 V VCM = 0.3 V to 2.4 V; −40°C ≤ TA ≤ +85°C VCM = 0 V to 2.7 V; −40°C ≤ TA ≤ +85°C VCM = 0.3 V to 2.4 V; −40°C ≤ TA ≤ +125°C VCM = 0 V to 2.7 V; −40°C ≤ TA ≤ +125°C Min Typ Max Unit 3 4 5 4 12.5 10 2.6 20 500 2.7 Input Voltage Range Common-Mode Rejection Ratio CMRR Large Signal Voltage Gain AVO Offset Voltage Drift Input Resistance Input Capacitance Differential Mode Common Mode ΔVOS/ΔT RIN 3 10 mV mV mV mV mV pA nA pA pA V dB dB dB dB dB dB dB dB µV/°C GΩ CINDM CINCM 3.5 3.5 pF pF Input Bias Current IB 1 −40°C ≤ TA ≤ +125°C Input Offset Current IOS −40°C ≤ TA ≤ +125°C OUTPUT CHARACTERISTICS Output Voltage High Output Voltage Low Short-Circuit Current Closed-Loop Output Impedance VOH VOL ISC ZOUT POWER SUPPLY Power Supply Rejection Ratio PSRR Supply Current per Amplifier ISY VCM = 0 V to 2.7 V VCM = 0.3 V to 2.4 V; −40°C ≤ TA ≤ +85°C VCM = 0 V to 2.7 V; −40°C ≤ TA ≤ +85°C VCM = 0.3 V to 2.4 V; −40°C ≤ TA ≤ +125°C VCM = 0 V to 2.7 V; −40°C ≤ TA ≤ +125°C RL = 100 kΩ; VO = 0.5 V to 2.2 V −40°C ≤ TA ≤ +85°C −40°C ≤ TA ≤ +125°C RL = 100 kΩ to VCM; −40°C ≤ TA ≤ +125°C RL = 100 kΩ to VCM; −40°C ≤ TA ≤ +125°C 0 60 59 57 58 49 92 75 65 105 2.69 10 ±4 20 f = 1 kHz; AV = +1 VSY = 2.7 V to 18 V −40°C ≤ TA ≤ +125°C IO = 0 mA −40°C ≤ TA ≤ +125°C 75 90 70 120 18 22 33 V mV mA Ω dB dB µA µA DYNAMIC PERFORMANCE Slew Rate Settling Time to 0.1% Gain Bandwidth Product Phase Margin Channel Separation SR tS GBP ΦM CS RL = 1 MΩ; CL = 10 pF; AV = +1 VIN = 1 V step; RL = 100 kΩ; CL = 10 pF RL = 1 MΩ; CL = 10 pF; AV = +1 RL = 1 MΩ; CL = 10 pF; AV = +1 f = 10 kHz; RL = 1 MΩ 38 14 170 69 105 V/ms µs kHz Degrees dB NOISE PERFORMANCE Voltage Noise Voltage Noise Density en p-p en f = 0.1 Hz to 10 Hz f = 1 kHz f = 10 kHz f = 1 kHz 6 60 56 0.1 µV p-p nV/√Hz nV/√Hz pA/√Hz Current Noise Density Rev. A in － 3/21 － AD8546 電気的特性—10 V動作 特に指定がない限り、VSY = 10 V、VCM = VSY/2、TA = 25°C。 表 3. Parameter Symbol Test Conditions/Comments INPUT CHARACTERISTICS Offset Voltage VOS VCM = 0 V to 10 V VCM = 0.3 V to 9.7 V; −40°C ≤ TA ≤ +85°C VCM = 0 V to 10 V; −40°C ≤ TA ≤ +85°C VCM = 0.3 V to 9.7 V; −40°C ≤ TA ≤ +125°C VCM = 0 V to 10 V; −40°C ≤ TA ≤ +125°C Min Typ Max Unit 3 4.2 5 8.5 12.5 15 2.6 30 500 10 Input Voltage Range Common-Mode Rejection Ratio CMRR Large Signal Voltage Gain AVO Offset Voltage Drift Input Resistance Input Capacitance Differential Mode Common Mode ΔVOS/ΔT RIN 3 10 mV mV mV mV mV pA nA pA pA V dB dB dB dB dB dB µV/°C GΩ CINDM CINCM 3.5 3.5 pF pF Input Bias Current IB 2 −40°C ≤ TA ≤ +125°C Input Offset Current IOS −40°C ≤ TA ≤ +125°C OUTPUT CHARACTERISTICS Output Voltage High Output Voltage Low Short-Circuit Current Closed-Loop Output Impedance VOH VOL ISC ZOUT POWER SUPPLY Power Supply Rejection Ratio PSRR Supply Current per Amplifier ISY VCM = 0 V to 10 V VCM = 0 V to 10 V; −40°C ≤ TA ≤ +85°C VCM = 0 V to 10 V; −40°C ≤ TA ≤ +125°C RL = 100 kΩ; VO = 0.5 V to 9.5 V −40°C ≤ TA ≤ +85°C −40°C ≤ TA ≤ +125°C RL = 100 kΩ to VCM; −40°C ≤ TA ≤ +125°C RL = 100 kΩ to VCM; −40°C ≤ TA ≤ +125°C 0 70 70 60 95 90 67 115 9.98 20 ±11 15 f = 1 kHz; AV = +1 VSY = 2.7 V to 18 V −40°C ≤ TA ≤ +125°C IO = 0 mA −40°C ≤ TA ≤ +125°C 88 90 70 120 18 22 33 V mV mA Ω dB dB µA µA DYNAMIC PERFORMANCE Slew Rate Settling Time to 0.1% Gain Bandwidth Product Phase Margin Channel Separation SR tS GBP ΦM CS RL = 1 MΩ; CL = 10 pF; AV = +1 VIN = 1 V step; RL = 100 kΩ; CL = 10 pF RL = 1 MΩ; CL = 10 pF; AV = +1 RL = 1 MΩ; CL = 10 pF; AV = +1 f = 10 kHz; RL = 1 MΩ 60 13 200 60 105 V/ms µs kHz Degrees dB NOISE PERFORMANCE Voltage Noise Voltage Noise Density en p-p en f = 0.1 Hz to 10 Hz f = 1 kHz f = 10 kHz f = 1 kHz 5 50 45 0.1 µV p-p nV/√Hz nV/√Hz pA/√Hz Current Noise Density Rev. A in － 4/21 － AD8546 電気的特性—18 V動作 特に指定がない限り、VSY = 18 V、VCM = VSY/2、TA = 25°C。 表 4. Parameter Symbol Test Conditions/Comments INPUT CHARACTERISTICS Offset Voltage VOS VCM = 0 V to 18 V VCM = 0.3 V to 17.7 V; −40°C ≤ TA ≤ +85°C VCM = 0 V to 18 V; −40°C ≤ TA ≤ +85°C VCM = 0.3 V to 17.7 V; −40°C ≤ TA ≤ +125°C VCM = 0 V to 18 V; −40°C ≤ TA ≤ +125°C Min Typ Max Unit 3 4.5 5 11 14 20 2.9 40 500 18 Input Voltage Range Common-Mode Rejection Ratio CMRR Large Signal Voltage Gain AVO Offset Voltage Drift Input Resistance Input Capacitance Differential Mode Common Mode ΔVOS/ΔT RIN 3 10 mV mV mV mV mV pA nA pA pA V dB dB dB dB dB dB dB dB µV/°C GΩ CINDM CINCM 3.5 10.5 pF pF Input Bias Current IB 5 −40°C ≤ TA ≤ +125°C Input Offset Current IOS −40°C ≤ TA ≤ +125°C OUTPUT CHARACTERISTICS Output Voltage High Output Voltage Low Short-Circuit Current Closed-Loop Output Impedance VOH VOL ISC ZOUT POWER SUPPLY Power Supply Rejection Ratio PSRR Supply Current per Amplifier ISY VCM = 0 V to 18 V VCM = 0.3 V to 17.7 V; −40°C ≤ TA ≤ +85°C VCM = 0 V to 18 V; −40°C ≤ TA ≤ +85°C VCM = 0.3 V to 17.7 V; −40°C ≤ TA ≤ +125°C VCM = 0 V to 18 V; −40°C ≤ TA ≤ +125°C RL = 100 kΩ; VO = 0.5 V to 17.5 V −40°C ≤ TA ≤ +85°C −40°C ≤ TA ≤ +125°C RL = 100 kΩ to VCM; −40°C ≤ TA ≤ +125°C RL = 100 kΩ to VCM; −40°C ≤ TA ≤ +125°C 0 80 77 72 65 63 88 82 73 100 17.97 30 ±12 15 f = 1 kHz; AV = +1 VSY = 2.7 V to 18 V −40°C ≤ TA ≤ +125°C IO = 0 mA −40°C ≤ TA ≤ +125°C 95 90 70 120 18 22 33 V mV mA Ω dB dB µA µA DYNAMIC PERFORMANCE Slew Rate Settling Time to 0.1% Gain Bandwidth Product Phase Margin Channel Separation SR tS GBP ΦM CS RL = 1 MΩ; CL = 10 pF; AV = +1 VIN = 1 V step; RL = 100 kΩ; CL = 10 pF RL = 1 MΩ; CL = 10 pF; AV = +1 RL = 1 MΩ; CL = 10 pF; AV = +1 f = 10 kHz; RL = 1 MΩ 70 12 200 60 105 V/ms µs kHz Degrees dB NOISE PERFORMANCE Voltage Noise Voltage Noise Density en p-p en f = 0.1 Hz to 10 Hz f = 1 kHz f = 10 kHz f = 1 kHz 5 50 45 0.1 µV p-p nV/√Hz nV/√Hz pA/√Hz Current Noise Density Rev. A in － 5/21 － AD8546 絶対最大定格 表 5. Parameter Rating Supply Voltage Input Voltage Input Current1 Differential Input Voltage Output Short-Circuit Duration to GND Storage Temperature Range Operating Temperature Range Junction Temperature Range Lead Temperature (Soldering, 60 sec) 20.5 V (V−) − 300 mV to (V+) + 300 mV ±10 mA ±VSY Indefinite 1 熱抵抗 θJA はワーストケース条件で規定。すなわち表面実装パッケージ の場合、標準の 4 層回路ボードを使用してデバイスを回路ボー ドにハンダ付けしています。 表 6.熱抵抗 −65°C to +150°C −40°C to +125°C −65°C to +150°C 300°C Package Type θJA θJC Unit 8-Lead MSOP (RM-8) 142 45 °C/W ESDの注意 入力ピンには、電源ピンへのクランプ・ダイオードが付いています。入力信 号が電源レールを 0.3 V 以上超えるときは、入力電流を 10 mA 以下に制限す る必要があります。 上記の絶対最大定格を超えるストレスを加えるとデバイスに恒 久的な損傷を与えることがあります。この規定はストレス定格 の規定のみを目的とするものであり、この仕様の動作のセクシ ョンに記載する規定値以上でのデバイス動作を定めたものでは ありません。デバイスを長時間絶対最大定格状態に置くとデバ イスの信頼性に影響を与えます。 Rev. A － 6/21 － ESD（静電放電）の影響を受けやすいデバイスで す。電荷を帯びたデバイスや回路ボードは、検知さ れないまま放電することがあります。本製品は当社 独自の特許技術である ESD 保護回路を内蔵してはい ますが、デバイスが高エネルギーの静電放電を被っ た場合、損傷を生じる可能性があります。したがっ て、性能劣化や機能低下を防止するため、ESD に対 する適切な予防措置を講じることをお勧めします。 AD8546 代表的な性能特性 特に指定のない限り、TA = 25°C。 40 VSY = 2.7V VCM = VSY/2 35 NUMBER OF AMPLIFIERS 30 25 20 15 10 30 25 20 15 10 0 0 09585-002 VOS (mV) –2.4 –2.2 –2.0 –1.8 –1.6 –1.4 –1.2 –1.0 –0.8 –0.6 –0.4 –0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 5 –2.4 –2.2 –2.0 –1.8 –1.6 –1.4 –1.2 –1.0 –0.8 –0.6 –0.4 –0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 5 VOS (mV) 図 2.入力オフセット電圧の分布 図 5.入力オフセット電圧の分布 12 TCVOS (µV/°C) TCVOS (µV/°C) 図 3.入力オフセット電圧ドリフトの分布 図 6.入力オフセット電圧ドリフトの分布 3.0 3.0 VSY = 2.7V 2.0 2.0 1.5 1.5 1.0 1.0 0.5 0.5 0 –0.5 0 –0.5 –1.5 –1.5 –2.0 –2.0 –2.5 –2.5 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 VCM (V) 2.7 –3.0 09585-004 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 VCM (V) 図 7.同相モード電圧対入力オフセット電圧 図 4.同相モード電圧対入力オフセット電圧 － 7/21 － 18 09585-007 –1.0 –1.0 Rev. A VSY = 18V 2.5 VOS (mV) VOS (mV) 2.5 –3.0 4.0 0 0.2 4.0 09585-003 3.4 3.6 3.8 3.0 3.2 2.2 2.4 2.6 2.8 0 1.4 1.6 1.8 2.0 0 0.8 1.0 1.2 2 0.4 0.6 2 09585-006 4 2.2 2.4 2.6 2.8 4 6 1.4 1.6 1.8 2.0 6 8 0.4 0.6 NUMBER OF AMPLIFIERS 10 8 0 0.2 NUMBER OF AMPLIFIERS 10 VSY = 18V –40°C ≤ TA ≤ +125°C 3.4 3.6 3.8 VSY = 2.7V –40°C ≤ TA ≤ +125°C 3.0 3.2 12 0.8 1.0 1.2 NUMBER OF AMPLIFIERS VSY = 18V VCM = VSY/2 35 09585-005 40 AD8546 3.0 3.0 VSY = 2.7V –40°C ≤ TA ≤ +85°C VSY = 18V –40°C ≤ TA ≤ +85°C 2.5 2.0 2.0 1.5 1.5 1.0 1.0 0.5 0.5 VOS (mV) 0 –0.5 –1.0 0 –0.5 –1.5 –2.0 –2.0 –2.5 –2.5 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 VCM (V) –3.0 09585-008 –3.0 0 8.0 7.0 VSY = 2.7V –40°C ≤ TA ≤ +125°C 10 12 14 16 18 5.0 1.5 4.0 1.0 3.0 2.0 1.0 0 0.5 VOS (mV) 0 –0.5 –1.0 –1.0 –2.0 –3.0 –1.5 –4.0 –2.0 –5.0 –6.0 –2.5 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 VCM (V) 09585-009 0 –7.0 –8.0 0 10 12 14 16 18 VSY = 18V 1000 100 IB+ IB– IB (pA) IB (pA) 8 10000 VSY = 2.7V 10 10 1 1 50 75 100 TEMPERATURE (°C) 125 0.1 25 09585-010 0.1 25 6 図 12.同相モード電圧対入力オフセット電圧 1000 100 4 VCM (V) 図 9.同相モード電圧対入力オフセット電圧 10000 2 09585-012 VOS (mV) 8 VSY = 18V –40°C ≤ TA ≤ +125°C 6.0 2.0 IB+ IB– 50 75 100 TEMPERATURE (°C) 図 10.入力バイアス電流の温度特性 Rev. A 6 図 11.同相モード電圧対入力オフセット電圧 3.0 –3.0 4 VCM (V) 図 8.同相モード電圧対入力オフセット電圧 2.5 2 09585-011 –1.0 –1.5 図 13.入力バイアス電流の温度特性 － 8/21 － 125 09585-013 VOS (mV) 2.5 AD8546 4 4 VSY = 18V 3 3 2 2 1 1 0 125°C 85°C 25°C –1 0 –2 –2 –3 –3 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 VCM (V) 2.7 –4 09585-014 –4 0 125°C 85°C 25°C –1 0 8 10 12 14 16 18 1 –40°C +25°C +85°C +125°C 100m 10m 1m 0.1m 0.01m 0.001 0.01 0.1 1 LOAD CURRENT (mA) 10 100 VSY = 18V 1 –40°C +25°C +85°C +125°C 100m 10m 1m 0.1m 0.01m 0.001 図 15.負荷電流対電源レールまで近付く出力電圧(VOH) 0.01 0.1 1 LOAD CURRENT (mA) 10 100 09585-018 OUTPUT VOLTAGE (VOH) TO SUPPLY RAIL (V) 10 VSY = 2.7V 09585-015 図 18.負荷電流対電源レールまで近付く出力電圧(VOH) 10 OUTPUT VOLTAGE (VOL) TO SUPPLY RAIL (V) 10 VSY = 2.7V 1 100m 10m –40°C +25°C +85°C +125°C 1m 0.1m 0.01 0.1 1 LOAD CURRENT (mA) 10 100 100m 10m 図 16.負荷電流対電源レールまで近付く出力電圧(VOL) –40°C +25°C +85°C +125°C 1m 0.1m 0.01m 0.001 09585-016 0.01m 0.001 VSY = 18V 1 0.01 0.1 1 LOAD CURRENT (mA) 10 100 図 19.負荷電流対電源レールまで近付く出力電圧(VOL) － 9/21 － 09585-019 OUTPUT VOLTAGE (VOH) TO SUPPLY RAIL (V) 6 図 17.同相モード電圧対入力バイアス電流 10 OUTPUT VOLTAGE (VOL) TO SUPPLY RAIL (V) 4 VCM (V) 図 14.同相モード電圧対入力バイアス電流 Rev. A 2 09585-017 IB (nA) IB (nA) VSY = 2.7V AD8546 18.000 2.700 RL = 1MΩ RL = 1MΩ OUTPUT VOLTAGE, VOH (V) 2.698 2.697 RL = 100kΩ 2.696 17.995 17.990 17.985 RL = 100kΩ 17.980 VSY = 2.7V 0 25 50 75 100 125 TEMPERATURE (°C) 0 25 100 125 12 VSY = 18V VSY = 2.7V 10 4 3 RL = 100kΩ 2 RL = 100kΩ 8 6 4 2 1 RL = 1MΩ RL = 1MΩ –25 0 25 50 75 100 125 TEMPERATURE (°C) 0 –50 09585-021 0 –50 0 25 50 75 100 125 TEMPERATURE (°C) 図 24.出力電圧(VOL)の温度特性 図 21.出力電圧(VOL)の温度特性 35 35 VSY = 18V VSY = 2.7V 30 25 25 ISY PER AMP (µA) 30 20 15 20 15 10 10 –40°C +25°C +85°C +125°C 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 VCM (V) –40°C +25°C +85°C +125°C 5 2.7 0 09585-022 5 0 –25 09585-024 OUTPUT VOLTAGE, VOL (mV) 5 ISY PER AMP (µA) 75 図 23.出力電圧(VOH)の温度特性 6 0 3 6 9 12 15 VCM (V) 図 25.同相モード電圧対アンプあたりの電源電流 図 22.同相モード電圧対アンプあたりの電源電流 Rev. A 50 TEMPERATURE (°C) 図 20.出力電圧(VOH)の温度特性 OUTPUT VOLTAGE, VOL (mV) –25 09585-023 –25 09585-020 2.695 –50 VSY = 18V 17.975 –50 － 10/21 － 18 09585-025 OUTPUT VOLTAGE, VOH (V) 2.699 AD8546 60 35 30 50 VSY = 2.7V VSY = 18V 40 ISY PER AMP (µA) ISY PER AMP (µA) 25 20 15 10 30 20 –40°C +25°C 5 10 +85°C 9 12 15 18 VSY (V) 0 –50 0 –45 –20 CL = 10pF –60 1k 10k –135 1M 100k FREQUENCY (Hz) 40 90 20 45 0 0 GAIN –45 –20 CL = 10pF 10k 図 30.オープン・ループ・ゲインおよび位相の周波数特性 60 VSY = 18V VSY = 2.7V AV = +100 40 CLOSED-LOOP GAIN (dB) CLOSED-LOOP GAIN (dB) 0 AV = +10 AV = +1 –20 10k 100k 1M 0 AV = +10 AV = +1 –20 –60 100 09585-028 1k FREQUENCY (Hz) 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 図 31.クローズド・ループ・ゲインの周波数特性 図 28.クローズド・ループ・ゲインの周波数特性 Rev. A 20 AV = +100 –40 –40 –60 100 –135 1M 100k FREQUENCY (Hz) 60 20 –90 CL = 100pF –60 1k 図 27.オープン・ループ・ゲインおよび位相の周波数特性 40 125 135 –40 –90 CL = 100pF 100 － 11/21 － 1M 09585-031 –40 OPEN-LOOP GAIN (dB) 45 PHASE (Degrees) 20 09585-027 OPEN-LOOP GAIN (dB) 90 GAIN 75 VSY = 18V RL = 1MΩ PHASE 40 0 25 50 TEMPERATURE (°C) 60 135 VSY = 2.7V RL = 1MΩ PHASE 0 図 29.アンプあたりの電源電流の温度特性 図 26.電源電圧対アンプあたりの電源電流 60 –25 PHASE (Degrees) 6 09585-030 3 09585-026 0 09585-029 +125°C 0 AD8546 1000 1000 AV = +100 AV = +100 AV = +10 AV = +10 100 100 AV = +1 ZOUT (Ω) ZOUT (Ω) AV = +1 10 10 1k 10k FREQUENCY (Hz) 100k 09585-032 100 1 100 図 32.出力インピーダンスの周波数特性 140 VSY = 2.7V VCM = 2.4V 100 80 60 80 60 40 40 20 20 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 0 100 09585-033 1k 1k 10k 100k 図 33.CMRR の周波数特性 図 36.CMRR の周波数特性 100 100 VSY = 18V 80 80 60 60 PSRR (dB) PSRR+ PSRR– 40 20 20 10k 100k 1M 0 100 09585-034 1k FREQUENCY (Hz) 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 図 34.PSRR の周波数特性 Rev. A PSRR+ PSRR– 40 図 37.PSRR の周波数特性 － 12/21 － 1M 09585-037 PSRR (dB) VSY = 2.7V 0 100 1M FREQUENCY (Hz) 09585-036 CMRR (dB) CMRR (dB) VSY = 18V VCM = VSY/2 120 100 0 100 100k 図 35.出力インピーダンスの周波数特性 140 120 1k 10k FREQUENCY (Hz) 09585-035 VSY = 18V VSY = 2.7V 1 AD8546 70 70 60 50 OVERSHOOT (%) 40 30 OS+ OS– 20 40 30 20 OS+ OS– 1000 CAPACITANCE (pF) 0 10 09585-038 100 100 図 38.負荷容量対小信号オーバーシュート 図 41.負荷容量対小信号オーバーシュート VSY = ±1.35V AV = +1 RL = 1MΩ CL = 100pF VSY = ±9V AV = +1 RL = 1MΩ CL = 100pF 09585-039 VOLTAGE (5V/DIV) VOLTAGE (500mV/DIV) TIME (100µs/DIV) TIME (100µs/DIV) 図 39.大信号過渡応答 図 42.大信号過渡応答 VSY = ±1.35V AV = +1 RL = 1MΩ CL = 100pF 09585-040 VOLTAGE (5mV/DIV) VSY = ±9V AV = +1 RL = 1MΩ CL = 100pF VOLTAGE (5mV/DIV) TIME (100µs/DIV) TIME (100µs/DIV) 図 40.小信号過渡応答 Rev. A 1000 CAPACITANCE (pF) 図 43.小信号過渡応答 － 13/21 － 09585-041 10 10 09585-042 OVERSHOOT (%) 50 0 10 VSY = 18V VIN = 10mV p-p RL = 1MΩ 09585-043 60 VSY = 2.7V VIN = 10mV p-p RL = 1MΩ AD8546 INPUT 2 1 –1 –2 10 5 OUTPUT OUTPUT 09585-044 0 TIME (40µs/DIV) TIME (40µs/DIV) 図 44.正側過負荷回復 図 47.正側過負荷回復 VSY = ±1.35V AV = –10 RL = 1MΩ 0.4 VSY = ±9V AV = –10 RL = 1MΩ 2 OUTPUT 0 –1 INPUT VOLTAGE (V) INPUT 0 OUTPUT 0 –5 TIME (40µs/DIV) TIME (40µs/DIV) 図 45.負側過負荷回復 図 48.負側過負荷回復 INPUT VOLTAGE (500mV/DIV) VOLTAGE (500mV/DIV) INPUT VSY = 2.7V RL = 100kΩ CL = 10pF +5mV 0 ERROR BAND 09585-048 –10 09585-045 –2 VSY = 18V RL = 100kΩ CL = 10pF +5mV 0 ERROR BAND OUTPUT OUTPUT –5mV 09585-046 TIME (10µs/DIV) –5mV TIME (10µs/DIV) 図 46.0.1%への正セトリング・タイム Rev. A 図 49.0.1%への正セトリング・タイム － 14/21 － 09585-049 0 OUTPUT VOLTAGE (V) 1 INPUT OUTPUT VOLTAGE (V) 0.2 INPUT VOLTAGE (V) 0 09585-047 –0.4 INPUT VOLTAGE (V) VSY = ±1.35V AV = –10 RL = 1MΩ OUTPUT VOLTAGE (V) INPUT VOLTAGE (V) INPUT 0 –0.2 OUTPUT VOLTAGE (V) VSY = ±9V AV = –10 RL = 1MΩ 0 AD8546 VSY = 18V RL = 100kΩ CL = 10pF VOLTAGE (500mV/DIV) INPUT +5mV OUTPUT 0 ERROR BAND +5mV OUTPUT TIME (10µs/DIV) –5mV TIME (10µs/DIV) 図 50.0.1%への負セトリング・タイム 図 53.0.1%への負セトリング・タイム 1000 1000 VSY = 18V 10 1 100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 100k 1M 10 1 10 図 51.電圧ノイズ密度の周波数特性 100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 100k 1M 図 54.電圧ノイズ密度の周波数特性 VSY = 18V TIME (2s/DIV) 09585-052 VOLTAGE (2µV/DIV) VOLTAGE (2µV/DIV) VSY = 2.7V TIME (2s/DIV) 図 52.0.1～10 Hz でのノイズ 図 55.0.1～10 Hz でのノイズ － 15/21 － 09585-055 10 100 09585-054 VOLTAGE NOISE DENSITY (nV/ Hz) 100 09585-051 VOLTAGE NOISE DENSITY (nV/ Hz) VSY = 2.7V Rev. A 0 ERROR BAND 09585-050 –5mV INPUT 09585-053 VOLTAGE (500mV/DIV) VSY = 2.7V RL = 100kΩ CL = 10pF AD8546 20 3.0 VSY = 2.7V VIN = 2.6V RL = 1MΩ AV = +1 16 OUTPUT SWING (V) OUTPUT SWING (V) 2.5 VSY = 18V VIN = 17.9V RL = 1MΩ AV = +1 18 2.0 1.5 1.0 14 12 10 8 6 4 0.5 100 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 0 09585-056 0 10 10 100 100 VSY = 2.7V VIN = 0.2V rms RL = 1MΩ AV = +1 1 VSY = 18V VIN = 0.5V rms RL = 1MΩ AV = +1 1 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 0.01 10 100 0 0 1MΩ –20 10kΩ CHANNEL SEPARATION (dB) –20 RL –40 –60 VIN = 0.5V p-p –80 10k 100k 図 60.THD + N の周波数特性 図 57.THD + N の周波数特性 VSY = 2.7V RL = 1MΩ AV = –100 1k FREQUENCY (Hz) 09585-060 100 09585-057 0.01 10 VIN = 1.5V p-p VIN = 2.6V p-p –100 1MΩ VSY = 18V RL = 1MΩ AV = –100 10kΩ RL –40 VIN = 1V p-p VIN = 5V p-p VIN = 10V p-p VIN = 15V p-p VIN = 17V p-p –60 –80 –100 –120 –120 –140 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 100 09585-058 –140 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 図 61.チャンネル・セパレーションの周波数特性 図 58.チャンネル・セパレーションの周波数特性 － 16/21 － 09585-061 CHANNEL SEPARATION (dB) 1M 0.1 0.1 Rev. A 100k 10 THD + N (%) THD + N (%) 10 10k 図 59.出力振幅の周波数特性 図 56.出力振幅の周波数特性 100 1k FREQUENCY (Hz) 09585-059 2 AD8546 アプリケーション情報 AD8546 は、2.7 V～18 V の広い電源電圧範囲で動作する、低入 力バイアス電流のマイクロパワーCMOS アンプです。また、 AD8546 では独自の入力ステージと出力ステージを採用して、非 常に小さい電源電流でレール to レール入力/出力範囲を実現して います。 では入力トランジスタのスレッショールド電圧が低くなるため、 この問題は悪化します(代表的な性能データについては、図 8、 図 9、図 11、図 12 を参照)。 入力ステージ 電流源 I1 は PMOS トランジスタ対を駆動します。入力同相モー ド電圧が上側の電源レールに近づくと、I1 は PMOS 差動対から M5 トランジスタへ流れるように切り替られます。バイアス電圧 VB1 は、この切り替えが起こるポイントを制御します。 図 62 に、AD8546 の簡略化した回路図を示します。入力ステー ジは、2 つの差動トランジスタ対、NMOS対(M1、M2)、PMOS対 (M3、M4)から構成されています。入力同相モード電圧により、 ターンオンして強くアクティブになる方の差動対が決定されま す。 M5 は、M6 トランジスタとM7 トランジスタで構成される電流ミ ラーへテ ー ル電 流 を 供 給 しま す 。 次 に 電流 ミ ラ ー の 出力 は NMOSトランジスタ対を駆動します。この電流ミラーの動作開 始により、高い同相モード電圧で電源電流が少し増えることに注 意してください(詳細については、図 22 と 図 25 参照)。 PMOS 差動対は入力電圧が低い方の電源レールに近付き到達し たときにアクティブになります。NMOS 対は高い方の電源レー ルに等しいか近い値の入力電圧のために必要です。この回路によ り、アンプが入力電圧の広いダイナミックレンジを維持して、 両電源レールまで信号振幅を大きくすることができます。 AD8546 は、差動入力に低電圧MOSデバイスを使用することに より高性能を実現しています。これらの低電圧MOSデバイスは、 単位電流あたりの優れたノイズと帯域幅を提供します。各差動 入力対は、当社独自のレギュレーション回路で保護されています (簡略化した回路図では省略)。このレギュレーション回路は、 通常動作時に入力対に加わる電圧を適切に維持するアクティ ブ・デバイスと、高速な過渡時にアンプを保護するパッシブ・ク ランピング・デバイスとの組み合わせで構成されていますが、 これらのパッシブ・クランピング・デバイスは、同相モード電 圧がいずれかの電源レールに近づくと順方向バイアスされるよ うになります。このため、入力バイアス電流が増えます(図 14 と 図 17 参照)。 入力同相モード電圧範囲の大部分で、PMOS差動対がアクティ ブになります。差動対は一般に異なるオフセット電圧を持ちま す。1 つの対から別の対への引き継ぎにより、VOS対VCMのグラ フに現れるステップ状の特性が発生します(図 4 と 図 7 を参照)。 この特性は、2 つの差動対を使用するすべてのレールtoレール・ アンプに固有な現象です。このため、1 つの入力差動対から別の 差動対への移行領域を含まない同相モード電圧を常に選択する 必要があります。 また、入力デバイスはクランプ・ダイオード(D1 と D2)により大 きな差動入力電圧からも保護されています。これらのダイオー ドは、2 本の 10 kΩ 抵抗(R1 と R2)により入力からバッファされ ています。差動電圧が約 600 mV より高くなると、差動ダイオー ドはターンオンします。この状態では、差動入力抵抗が 20 kΩ まで低下します。 入力同相モード電圧が電源レールに近づくと、VOS対VCMカーブ にはさらに幾つかのステップも現れます。これらの変化は、ヘ ッドルームが少なくなった負荷トランジスタ(M8、M9、M14、 M15)が原因となり発生します。負荷トランジスタがトライオー ド動作領域に入ると、ドレイン・インピーダンスの不一致によ りアンプのオフセット電圧が影響を受けるようになります。高温 V+ VB1 I1 M5 +IN x M3 R1 D1 –IN x M8 M9 M10 M11 M4 M16 D2 VB2 R2 M1 OUT x M2 M7 M6 M13 M14 M15 V– 図 62.簡略化した回路図 Rev. A － 17/21 － 09585-062 M17 M12 AD8546 AD8546 は、M16 トランジスタとM17 トランジスタで構成される 相補出力ステージを内蔵しています(図 62 参照)。これらのトラ ンジスタはクラスAB回路として構成され、電圧源VB2 からバイ アスされています。この回路の使用により、出力電圧がミリボ ルト以内で電源レールに近づくことができるため、レールtoレー ルの出力振幅が可能になっています。出力電圧は、トランジスタ (低RONのMOSデバイス)の出力インピーダンスにより制限されま す。出力電圧の振幅は負荷電流の関数であるため、電源レールに 対する出力電圧と負荷電流との関係を表すプロットから求めるこ とができます(図 15、図 16、図 18、図 19 参照)。 出力に負荷が加わることを防ぐためには、大きな帰還抵抗値を 使用してください。ただし、回路全体に対する抵抗熱ノイズの 影響を考慮する必要があります。 R2 AD8546 VOUT 1/2 RL –VSY RL, EFF = RL || R2 図 64.反転オペアンプ 構成 レールtoレールの入力と出力 AD8546 は、2.7 V～18 Vの電源電圧でレールtoレールの入力と 出力を持っています。図 63 に、AD8546 の入力波形と出力波形 を示します(ユニティ・ゲイン・バッファとして構成、電源電圧 = ±9 V、抵抗負荷= 1 MΩ)。入力電圧= ±9 Vで、AD8546 の出力 は両電源レールの非常に近くまで変化することができます。さ らに、位相反転は発生しません。 非反転構成 図 65 に、出力に抵抗負荷RLを接続した、非反転構成のAD8546 を示します。アンプから見た実際の負荷は、R1 + R2 とRLの並 列接続になります。 R2 VSY = ±9V RL = 1MΩ INPUT OUTPUT +VSY R1 VIN 09585-064 出力ステージ +VSY R1 AD8546 VOLTAGE (5V/DIV) VIN VOUT 1/2 RL 09585-065 –VSY RL, EFF = RL || (R1 + R2) 図 65.非反転オペアンプ構成 図 63.レール to レールの入力と出力 抵抗負荷 帰還抵抗は、アンプから見た負荷抵抗値を変えます。このため、 AD8546 で使用する帰還抵抗の値を知っておくことは重要です。 AD8546 は、最小 100 kΩ の抵抗負荷を駆動することができます。 次の反転構成と非反転構成の 2 つの例に、アンプ出力から見た実 際の負荷抵抗が帰還抵抗により変化する様子を示します。 オペアンプは、出力から反転入力への帰還によるクローズド・ ループ構成で動作するようにデザインされています。 図 66 に、 一方の入力電圧を常に電源中点に固定した電圧フォロワとして 構成したAD8546 を示します。同じ構成を未使用チャンネルにも 使用します。A1 とA2 は、電源電流を測定する電流計の位置を 示します。ISY+は上側の電源レールからオペアンプへ流れる電 流を、ISY−はオペアンプから下側の電源レールへ流れる電流を、 それぞれ表します。図 67 に示すように、通常の動作条件では、 オペアンプへ流入する合計電流は、オペアンプから流出する合計 電流と等しくなります。ここで、2 つのAD8546 に対してISY+ = ISY− = 36 μA、VSY = 18 V。 +VSY 反転構成 図 64 に、出力に抵抗負荷RLを接続した、反転構成のAD8546 を 示します。アンプから見た実際の負荷は、帰還抵抗R2 と負荷RL の並列接続になります。帰還抵抗= 1 kΩと負荷= 1 MΩの組み合 わせでは、出力での等価負荷抵抗は 999 Ωになります。この条 件では、AD8546 はこのような重い負荷を駆動できないため、性 能は大幅に低下します。 A1 100kΩ ISY+ AD8546 VOUT 1/2 100kΩ A2 ISY– –VSY 図 66.電圧フォロア構成 Rev. A － 18/21 － 09585-066 TIME (200µs/DIV) 09585-063 コンパレータ動作 AD8546 40 AD8546 は、ダイオードD1 とダイオードD2 により大きな差動入 力電圧から保護された入力デバイスを内蔵しています(図 62 参 照)。これらのダイオードはサブストレートPNPバイポーラ・ト ランジスタから構成され、差動入力電圧が約 600 mVを超えると 導通しますが、これらのダイオードは入力から下側の電源レー ルまでの電流パスを提供するため、システムの合計電源電流が 増えます。図 70 に示すように、両構成から同じ結果が得られま す。電源電圧= 18 Vで、ISY+は 36 μAを維持しますが、ISY−はア ンプ 2 個あたり 140 μAに増えます。 30 25 20 15 ISY– ISY+ 10 160 140 0 2 4 6 8 10 VSY (V) 12 14 16 18 09585-067 0 ISY PER DUAL AMPLIFIER (µA) 5 図 67.電源電圧対電源電流(電圧フォロワ) オペアンプとは対照的に、コンパレータはオープン・ループ構 成で動作し、ロジック回路を駆動するようにデザインされてい ます。オペアンプはコンパレータと異なりますが、ボード・ス ペースとコストを節約するためデュアル・オペアンプの未使用 部分をコンパレータとして使用することがありますが、これは 推奨できません。 図 68 と 図 69 に、入力ピンに直列に 100 kΩ抵抗を接続した、コ ンパレータとして構成したAD8546 を示します。未使用チャンネ ルは、入力電圧を電源中点に接続したバッファとして構成してい ます。 +VSY ISY+ A1 100kΩ AD8546 100kΩ 09585-068 –VSY ISY+ 100kΩ VOUT 1/2 A2 20 0 4 6 8 10 12 14 16 18 100 kΩの抵抗はオペアンプ入力に直列に接続することに注意して ください。小さい抵抗値を使用すると、システムの電源電流が増 えます。オペアンプをコンパレータとして使用することの詳細 については、AN-849 アプリケーション・ノート「Using Op Amps as Comparators」を参照してください。 図 69.コンパレータ B Rev. A 2 図 70.電源電圧対電源電流 (AD8546 をコンパレータとして構成) ISY– –VSY 0 VSY (V) 09585-069 100kΩ 40 AD8546 は、全温度範囲と全電源電圧範囲でアンプあたり 33 μA の低電源電流であるため、優れた選択肢になっています。電流 トランスミッタはループ電流を制御します。この場合、ゼロスケ ール入力信号は 4 mA の電流で、フルスケール入力信号は 20 mA の電流で、それぞれ表されます。また、トランスミッタは 制御ループ電源 VDD から絶縁されており、信号グラウンドはレ シーバ側を使います。ループ電流は、レシーバ側の負荷抵抗 RL で測定されます。 +VSY AD8546 60 トランスミッタの電源は制御ループ電源から直接供給され、ル ープ電流により 4 mA～20 mA の信号が伝送されます。このため、 4 mA のベースライン電流(回路動作電流)が確保されています。 図 68.コンパレータ A A1 ISY– ISY+ 80 2 線式電流トランスミッタは、分散型制御システムとプロセ ス・コントロール・アプリケーションでセンサーとプロセス・ コントローラの間のアナログ信号伝送によく使用されます。図 71 に、4 mA～20 mAの電流ループ・トランスミッタを示します。 ISY– A2 100 4 mA～20 mAのプロセス・コントロール電流ル ープ・トランスミッタ VOUT 1/2 120 09585-070 ISY PER DUAL AMPLIFIER (µA) 35 － 19/21 － AD8546 AD8546 と ADR125 の静止電流は 160 µAと小さいため、3.34 mA の電流はその他のシグナル・コンデショニング回路またはブリ ッジ回路の電源として使うことができます。 ISENSE、MIN = (VREF × R')/(RNULL × RSENSE) ADR125 VREF フルスケール入力電圧では、R'を流れる電流は VIN/RSPAN のフル スケール変化だけ増加します。これにより、検出抵抗を流れる 電流が増えます。 ISENSE、DELTA = (VIN × R'のフルスケール変化)/(RSPAN × RSENSE) RNULL 1MΩ 1% VOUT C2 C3 10µF 0.1µF RSPAN 200kΩ 1% VIN 0V TO 5V したがって、 ISENSE、MAX = ISENSE、MIN + ISENSE、DELTA R1 68kΩ 1% R' >> RSENSE のとき、レシーバ側の負荷抵抗を流れる電流は ISENSE とほぼ等しくなります。 図 71 に、フルスケール入力電圧 = 5 V用のデザインを示します。 入力= 0 Vでループ電流= 3.5 mAに、フルスケール= 5 Vで、ルー プ電流= 21 mAに、それぞれなります。このため、ソフトウェ ア・キャリブレーションを使って電流ループを 4 mA～20 mAの 範囲で微調整することができます。 R2 2kΩ 1% VIN GND C4 C5 0.1µF 10µF 1/2 AD8546 Q1 R4 3.3kΩ R3 1.2kΩ VDD 18V D1 C1 390pF 4mA TO 20mA RSENSE 100Ω 1% NOTES 1. R1 + R2 = R´. 図 71.4 mA～20 mA の電流ループ・トランスミッタ Rev. A － 20/21 － RL 100Ω 09585-072 ゼロスケール入力では、電流 VREF/RNULL が R'を流れます。これ により検出抵抗を流れる電流 ISENSE が発生し、次式で決定され ます。 AD8546 外形寸法 3.20 3.00 2.80 3.20 3.00 2.80 8 1 5 5.15 4.90 4.65 4 PIN 1 IDENTIFIER 0.65 BSC 0.95 0.85 0.75 15° MAX 1.10 MAX 6° 0° 0.40 0.25 0.23 0.09 COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-AA 0.80 0.55 0.40 10-07-2009-B 0.15 0.05 COPLANARITY 0.10 図 72.8 ピン・ミニ・スモール・アウトライン・パッケージ[MSOP] (RM-8) 寸法: mm オーダー・ガイド Model1 Temperature Range Package Description Package Option Branding AD8546ARMZ AD8546ARMZ-RL AD8546ARMZ-R7 −40°C to +125°C −40°C to +125°C −40°C to +125°C 8-Lead Mini Small Outline Package [MSOP] 8-Lead Mini Small Outline Package [MSOP] 8-Lead Mini Small Outline Package [MSOP] RM-8 RM-8 RM-8 A2V A2V A2V 1 Z = RoHS 準拠製品 Rev. A － 21/21 －