[AK2973] AK2973 Precision Ultra Low Power Zero Drift Operational Amplifier 1. 概 要 AK2973は、低電圧・低消費電流、低オフセットを特長とした2回路高精度CMOSオペアンプです。 消費電流は34µATyp.（17µA/ch.）と低く抑えられ、入力はVSSから出力はフルスイング可能なためポー タブル機器等に使用されるセンサー出力の増幅・制御に最適となっています。 2. 特 単一電源動作 動作電圧範囲: 入力換算オフセット電圧: 入力換算オフセット電圧温度ドリフト: 入力電圧範囲: 出力電圧範囲: 回路数: 消費電流: GB積: パッケージ: 長 1.6V ~ 5.5V ±1µV Typ. ±10nV/ºC Typ. VSS to VDD 出力フルスイング（RL=50kΩ @VDD/2） 2回路 34μA Typ. 80kHz Typ. 8-pin MSOP 014011072-J-00 2014/11 -1- [AK2973] 3. 目 次 1. 2. 3. 4. 概 要.................................................................................................................................................. 1 特 長.................................................................................................................................................. 1 目 次.................................................................................................................................................. 2 ピン配置と機能説明............................................................................................................................ 3 4.1. ピン配置....................................................................................................................................... 3 4.2. 機能説明....................................................................................................................................... 3 5. 絶対最大定格....................................................................................................................................... 4 6. 推奨動作条件....................................................................................................................................... 4 7. アナログDC特性 ................................................................................................................................. 5 8. アナログAC特性.................................................................................................................................. 6 9. 代表的特性例 (参考値) ....................................................................................................................... 8 9.1. 消費電流....................................................................................................................................... 8 9.2. 出力電圧 – 出力電流特性 ........................................................................................................... 9 9.3. 閉ループ利得 – 周波数特性...................................................................................................... 10 9.4. 開ループ利得・位相 – 周波数特性........................................................................................... 11 9.5. 出力インピーダンス – 周波数特性........................................................................................... 12 9.6. 大信号パルス応答特性............................................................................................................... 13 9.7. 小信号パルス応答特性............................................................................................................... 14 9.8. 正側過負荷回復時間特性 ........................................................................................................... 15 9.9. 負側過負荷回復時間特性 ........................................................................................................... 15 9.10. CMRR 特性............................................................................................................................ 15 9.11. PSRR特性 .............................................................................................................................. 16 9.12. 最大出力電圧幅 – 周波数特性 .............................................................................................. 17 9.13. 入力換算ノイズ – 周波数特性 .............................................................................................. 18 9.14. 出力短絡電流 – 温度特性 ..................................................................................................... 19 9.15. 出力短絡電流 – 電源電圧 ..................................................................................................... 20 9.16. 入力バイアス電流 – 温度特性 .............................................................................................. 20 9.17. 入力換算オフセット – 温度特性........................................................................................... 21 9.18. 入力換算オフセットドリフト分布......................................................................................... 21 10. コンパレータ動作 ............................................................................................................................. 22 11. ボード(基板)設計時の注意事項......................................................................................................... 22 11.1. デカップリングコンデンサの接続について .......................................................................... 22 11.2. ゼーベック効果について........................................................................................................ 22 12. パッケージ ........................................................................................................................................ 23 12.1. 外形寸法図 ............................................................................................................................. 23 12.2. マーキング ............................................................................................................................. 23 13. オーダリングガイド.......................................................................................................................... 24 重要な注意事項 ........................................................................................................................................ 25 014011072-J-00 2014/11 -2- [AK2973] 4. ピン配置と機能説明 4.1. ピン配置 1:OUTA 2:NINA 8:VDD A 7:OUTB B 3:PINA 6:NINB 4:VSS 5:PINB 8-pin MSOP （AK2973H） 4.2. 機能説明 Pin No, 1 2 3 4 5 6 7 8 Pin Name OUTA NINA PINA VSS PINB NINB OUTB VDD I/O (* 1) AO AI AI PWR AI AI AO PWR Function アンプA 出力 pin アンプA 反転入力 pin アンプA 非反転入力 pin 負電源 pin アンプB 非反転入力 pin アンプB 反転入力 pin アンプB 出力 pin 正電源 pin Note: * 1. PWR: 電源 pin AI: アナログ入力 pin AO: アナログ出力 pin 014011072-J-00 2014/11 -3- [AK2973] 5. (VSS= 0V, * 2) Parameter 電源電圧 入力電圧 入力電流 保存温度範囲 Note: * 2. 電圧は全てVSSに対する値です。 絶対最大定格 Symbol VDD VIN IIN Tstg Min. -0.3 -0.3 -10 -65 Max. 6.5 VDD+0.3 +10 150 Unit V V mA ºC 注意: この値を越えた条件で使用した場合、デバイスを破壊する可能性があります。 また通常の動作は保証できません。 6. 推奨動作条件 (VSS= 0V, * 2) Parameter 電源電圧範囲 グラウンドレベル (* 2) 動作温度範囲 Symbol VDD VSS Ta Min. 1.6 0 -40 Typ. 0 Max. 5.5 0 125 Unit V V ºC 注意 : 実使用時のICの消費電力・環境温度の条件を確認の上、ICの動作温度範囲 (Ta) が125ºCを 超えない条件でご使用ください。 014011072-J-00 2014/11 -4- [AK2973] 7. アナログDC特性 DC特性(Typ. 条件は、 VDD= 5V, VCM= VDD/2 (* 3) , Ta=25ºC) (指定無き場合、VDD= 1.6 ~ 5.5V, VCM= VDD/2, VSS=0V, Ta= -40~125ºC) Parameter Symbol Min. Typ. Max. 入力換算オフセット VCM = VDD/2 (* 3) VIO ±1 ±10 入力換算オフセットドリフト(* 4) VIOD ±10 ±50 入力バイアス電流 IS ±10 ±200 同相入力電圧 VICM VSS VDD 最大出力電圧幅 RL ≧ 50kΩ (@1/2*VDD) VOM 0.05 VDD-0.05 CMRR (* 5) VSS ≦ VCM ≦ VDD CMR 100 130 PSRR (* 6) VDD= 1.6V to 5.5V SVR 110 130 大振幅電圧利得 0.1V < Vout < VDD-0.1V Av 100 130 RL ≧ 50kΩ(to 1/2 VDD) (* 7) Isource: Vout node forced Vdd 出力短絡電流 IOS 7 Isink: Vout node forced Vss Isource: VCM=Vdd, Vout node forced Vdd-1 出力電流 IO 3 Isink: VCM=Vss, Vout node forced Vss+1 消費電流 (* 8) Idd 34 60 Notes: * 3. VCMは入力ピン(PIN/NIN)のコモン電圧を示します。 * 4. 入力換算オフセットドリフト= [(高温側WST(※)) - (低温側WST(※))]/[125ºC-(-40ºC)] ※WSTは、入力換算オフセットのMin.又はMax. Ex) 高温側がMax.で低温側がMin.の場合、ドリフトの極性はプラス。 高温側がMin.で低温側がMax.の場合、ドリフトの極性はマイナス。 * 5. CMRR= 20 ×log [(VDD-VSS)／α ] ‘αは、(VDD Input Offset – VSS Input Offset), (VDD Input Offset – VDD/2 Input Offset), (VDD/2 Input Offset – VSS Input Offset) のうち一番大きな値をとる。 * 6. PSRR= 20 ᵡ log [(最大動作電圧-最小動作電圧)/(最大動作電圧のOffset - 最小動作電圧のOffset)] * 7. AV= 20 ᵡ log [ ((VDD - 0.1) - (VSS+0.1)) / ((出力VDD - 0.1)のOffset - (出力VSS+0.1)のOffset)] * 8. 2回路分の消費電流です。出力ドライブ電流分は含みません。 014011072-J-00 2014/11 -5- Unit µV nV/ºC pA V V dB dB dB mA mA µA [AK2973] 8. アナログAC特性 AC特性(Typ. VDD= 5V, VCM= VDD/2, Ta= 25ºC) (指定無き場合、VDD= 1.6 ~ 5.5V, VCM= VDD/2, VSS=0V, Ta= -40~125ºC) Parameter Symbol Min. GB積 GB スルーレート AV=1, VIN=4Vpp, CL=100pF, 10%-90% SR @1kHz VNI1 入力換算ノイズ 0.1 ~ 10Hz (* 9) VNI2 0.1 ~ 1Hz (* 10) VNI3 AV=-10倍, CL= 20pF, 過負荷回復時間 TOR VIN= 2.0V(±2.5V) @90% (* 11) 差動 CIND 入力容量 コモン CINC 最大容量負荷 CL Notes: * 9. 入力換算ノイズ密度(Typ.: 200nVrms/√Hz)から下記計算にて算出 VNI2 = 200nVrms/√Hz × (10𝐻𝑧 − 0.1𝐻𝑧) × 6.6 = 4.16µVpp * 10. 入力換算ノイズ密度(Typ.: 200nVrms/√Hz)から下記計算にて算出 VNI3 = 200nVrms/√Hz × (1Hz − 0.1Hz) × 6.6 = 1.26µVpp * 11. 過負荷回復時間の定義 ・正側過負荷回復(出力がVDDに飽和した状態からVDD/2に回復する場合) Typ. 80 30 200 4.2 1.3 Max. Unit kHz mV/µsec nVrms/√Hz µVpp µVpp 80 µsec 18 30 pF pF pF 100 Figure 8.1 過負荷回復時間の定義 (正側過負荷回復) 014011072-J-00 2014/11 -6- [AK2973] ・負側過負荷回復(出力がVSSに飽和した状態から1/2VDDに回復する場合) Figure 8.2過負荷回復時間の定義 (負側過負荷回復) 014011072-J-00 2014/11 -7- [AK2973] 9. 代表的特性例 (参考値) 9.1. 消費電流 a. 消費電流 – 動作温度特性(Vin, Vout= VDD/2) Figure 9.1 消費電流 – 動作温度特性 b. 消費電流 – 電源電圧特性(Vin, Vout= VDD/2) Figure 9.2 消費電流 – 電源電圧特性 014011072-J-00 2014/11 -8- [AK2973] 9.2. 出力電圧 – 出力電流特性 a. VDD= 1.6V, Ta= 25ºC Figure 9.3 出力電圧 – 出力電流特性 b. VDD= 5V, Ta= 25ºC Figure 9.4 出力電圧 – 出力電流特性 014011072-J-00 2014/11 -9- [AK2973] 9.3. 閉ループ利得 – 周波数特性 a. VDD= 1.6V, Ta= 25ºC Figure 9.5 閉ループ利得 – 周波数特性 b. VDD= 5V, Ta= 25ºC Figure 9.6閉ループ利得 – 周波数特性 014011072-J-00 2014/11 - 10 - [AK2973] 9.4. 開ループ利得・位相 – 周波数特性 a. VDD= 1.6V, Ta= 25ºC Figure 9.7 開ループ利得・位相 – 周波数特性 b. VDD= 5V, Ta= 25ºC Figure 9.8 開ループ利得・位相 – 周波数特性 014011072-J-00 2014/11 - 11 - [AK2973] 9.5. 出力インピーダンス – 周波数特性 a. VDD= 1.6V, Ta= 25ºC Figure 9.9 出力インピーダンス – 周波数特性 b. VDD= 5V, Ta= 25ºC Figure 9.10 出力インピーダンス – 周波数特性 014011072-J-00 2014/11 - 12 - [AK2973] 9.6. 大信号パルス応答特性 a. VDD= +0.8V, VSS= -0.8V, Ta= 25ºC, CL= 100pF Figure 9.11 大信号パルス応答特性 b. VDD= +2.5V, VSS= -2.5V, Ta= 25ºC, CL= 100pF Figure 9.12 大信号パルス応答特性 014011072-J-00 2014/11 - 13 - [AK2973] 9.7. 小信号パルス応答特性 a. VDD= +0.8V, VSS= -0.8V, Ta= 25ºC, CL= 100pF Figure 9.13 小信号パルス応答特性 b. VDD= +2.5V, VSS= -2.5V, Ta= 25ºC, CL= 100pF Figure 9.14 小信号パルス応答特性 014011072-J-00 2014/11 - 14 - [AK2973] 9.8. 正側過負荷回復時間特性 a. VDD= +2.5V, VSS= -2.5V, Ta= 25ºC Figure 9.15 正側過負荷回復時間特性 9.9. 負側過負荷回復時間特性 b. VDD= +2.5V, VSS= -2.5V, Ta= 25ºC Figure 9.16 2 負側過負荷回復時間特性 9.10. CMRR 特性 Figure 9.17 CMRR特性 014011072-J-00 2014/11 - 15 - [AK2973] 9.11. PSRR特性 a. VDD= 1.6V, Ta= 25ºC Figure 9.18 PSRR特性 b. VDD= 5V, Ta= 25ºC Figure 9.19 PSRR特性 014011072-J-00 2014/11 - 16 - [AK2973] 9.12. 最大出力電圧幅 – 周波数特性 a. VDD= 1.6V, Ta= 25ºC, Av= 1, RL= 47kΩ Figure 9.20 最大出力電圧幅 – 周波数特性 b. VDD= 5V, Ta= 25ºC, Av= 1, RL= 47kΩ Figure 9.21最大出力電圧幅 – 周波数特性 014011072-J-00 2014/11 - 17 - [AK2973] 9.13. 入力換算ノイズ – 周波数特性 a. VDD= 1.6V, Ta= 25ºC, f= 1 ~ 10kHz Figure 9.22 入力換算ノイズ – 周波数特性 b. VDD= 5V, Ta= 25ºC, f= 1 ~ 10kHz Figure 9.23入力換算ノイズ – 周波数特性 014011072-J-00 2014/11 - 18 - [AK2973] 9.14. 出力短絡電流 – 温度特性 a. VDD= 1.6V, Ta= -40 to 125ºC Figure 9.24 出力短絡電流 – 温度特性 b. VDD= 5V, Ta= -40 to 125ºC Figure 9.25 出力短絡電流 – 温度特性 014011072-J-00 2014/11 - 19 - [AK2973] 9.15. 出力短絡電流 – 電源電圧 Figure 9.26 出力短絡電流 – 電源電圧 9.16. 入力バイアス電流 – 温度特性 Figure 9.27 入力バイアス電流 – 温度特性 014011072-J-00 2014/11 - 20 - [AK2973] 9.17. 入力換算オフセット – 温度特性 Figure 9.28 入力換算オフセット – 温度特性 9.18. 入力換算オフセットドリフト分布 VDD= 5V, Ta= -40 to 125ºC Figure 9.29 入力換算オフセットドリフト分布 014011072-J-00 2014/11 - 21 - [AK2973] 10. コンパレータ動作 オペアンプはコンパレータとして使用されることがありますが、本製品AK2973では推奨致しません。 AK2973は低消費電力を実現するために、最適な出力ステージを構成しています。出力ステージはルー プを閉じることで消費電流を調整していますが、AK2973をオープン・ループで使用した場合、ループ が閉じず、消費電流の調整が出来なくなる可能性があります。 そのためコンパレータとして使用すると消費電流がFigure 10.1のように非常に大きくなることがあり ます。 尚、電圧フォロア(BUFFER)として構成した場合でも、大振幅電圧利得条件(0.1V<Vout<VDD-0.1V)の範 囲外では、出力ステージの素子が飽和領域から外れるためループが閉じず消費電流が大きくなることが あります。 Figure 10.1 電源電圧と消費電流 11. ボード(基板)設計時の注意事項 AK2973は最大±10µVと超低オフセット、ゼロﾄﾞリフトを特長としているため、ボード設計においても、 特に注意が必要です。不適切なボードレイアウトの場合、特性に大きな影響を与えます。 11.1. デカップリングコンデンサの接続について AK2973は、電源のインピーダンス及びインダクタンスの影響を受けると特性が劣化することがありま す。電源間のデカップリングコンデンサはなるべく電源ピンの近くに接続してください。 11.2. ゼーベック効果について 異なる金属の接続部分に発生する熱起電力（ゼーベック効果）があります。ボード上では半田と基板配 線や、ピンなどの接合面で発生します。その為、使用時には、基板全体にわたって温度差が発生しない ように注意していただく必要があります。温度差が発生すると熱電圧差が発生し、これをAK2973が高 増幅します。これを防ぐためには、熱平衡状態を保つようにし、またボード上のリークパスについても 注意していただく必要があります。 (a) ダミー部品を配置（差動入力端子の環境を半田跡も含め同じにしてください）。 (b) ガードリングの配置（差動入力端子、VREF入力端子電圧のガードリングで他方入力を囲みます）。 (c) グランドプレーン等を利用し、熱をボード全体に広げやすくします。 014011072-J-00 2014/11 - 22 - [AK2973] 12. パッケージ 12.1. 外形寸法図 8-pin MSOP (Unit: mm) 12.2. マーキング 8 7 6 5 2973 (2) Y WW A (1) (3) 1 (1) (2) (3) (4) (5) (4) 2 3 (5) 4 1ピン表示 製品型番(AK2973=2973) 製造年 (西暦年)の下一桁 製造週 社内管理コード 014011072-J-00 2014/11 - 23 - [AK2973] AK2973H -40 ~ 125ºC 13. オーダリングガイド 8-pin MSOP 014011072-J-00 2014/11 - 24 - [AK2973] 重要な注意事項 0. 本書に記載された弊社製品（以下、「本製品」といいます。）、および、本製品の仕様につ きましては、本製品改善のために予告なく変更することがあります。従いまして、ご使用を 検討の際には、本書に掲載した情報が最新のものであることを弊社営業担当、あるいは弊社 特約店営業担当にご確認ください。 1. 本書に記載された情報は、本製品の動作例、応用例を説明するものであり、その使用に際し て弊社および第三者の知的財産権その他の権利に対する保証または実施権の許諾を行うも のではありません。お客様の機器設計において当該情報を使用される場合は、お客様の責任 において行って頂くとともに、当該情報の使用に起因してお客様または第三者に生じた損害 に対し、弊社はその責任を負うものではありません。 2. 本製品は、医療機器、航空宇宙用機器、輸送機器、交通信号機器、燃焼機器、原子力制御用 機器、各種安全装置など、その装置・機器の故障や動作不良が、直接または間接を問わず、 生命、身体、財産等へ重大な損害を及ぼすことが通常予想されるような極めて高い信頼性を 要求される用途に使用されることを意図しておらず、保証もされていません。そのため、別 途弊社より書面で許諾された場合を除き、これらの用途に本製品を使用しないでください。 万が一、これらの用途に本製品を使用された場合、弊社は、当該使用から生ずる損害等の責 任を一切負うものではありません。 3. 弊社は品質、信頼性の向上に努めておりますが、電子製品は一般に誤作動または故障する場 合があります。本製品をご使用頂く場合は、本製品の誤作動や故障により、生命、身体、財 産等が侵害されることのないよう、お客様の責任において、本製品を搭載されるお客様の製 品に必要な安全設計を行うことをお願いします。 4. 本製品および本書記載の技術情報を、大量破壊兵器の開発等の目的、軍事利用の目的、ある いはその他軍事用途の目的で使用しないでください。本製品および本書記載の技術情報を輸 出または非居住者に提供する場合は、「外国為替および外国貿易法」その他の適用ある輸出 関連法令を遵守し、必要な手続を行ってください。本製品および本書記載の技術情報を国内 外の法令および規則により製造、使用、販売を禁止されている機器・システムに使用しない でください。 5. 本製品の環境適合性等の詳細につきましては、製品個別に必ず弊社営業担当までお問合せく ださい。本製品のご使用に際しては、特定の物質の含有・使用を規制するRoHS指令等、適 用される環境関連法令を十分調査のうえ、かかる法令に適合するようにご使用ください。お 客様がかかる法令を遵守しないことにより生じた損害に関して、弊社は一切の責任を負いか ねます。 6. お客様の転売等によりこの注意事項に反して本製品が使用され、その使用から損害等が生じ た場合はお客様にて当該損害をご負担または補償して頂きますのでご了承ください。 7. 本書の全部または一部を、弊社の事前の書面による承諾なしに、転載または複製することを 禁じます。