日本語版

クロスオーバー歪みのない
40 µAマイクロパワー計装アンプ
AD8236
接続図
特長
低消費電力: 40 µA の最大電源電流
低入力電流
入力バイアス電流: 1 pA
入力オフセット電流: 0.5 pA
高い CMRR: 110 dB CMRR、G = 100
小スペースの MSOP パッケージを採用
入力クロスオーバー歪みがゼロ
レール to レールの入力および出力
抵抗 1 本でゲイン設定が可能
動作範囲: 1.8 V～5.5 V
–IN 1
8
+VS
RG 2
7
VOUT
RG 3
6
REF
+IN 4
5
–VS
08000-001
AD8236
TOP VIEW
(Not to Scale)
図 1.
5.0
医療計測機器
ローサイド電流検出
ポータブル機器
4.5
G=5
VS = 5V
VREF = 2.5V
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
G=5
VS = 1.8V
VREF = 0.9V
1.0
08000-002
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
アプリケーション
0.5
0
–0.5
0
0.5
1.0
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
OUTPUT VOLTAGE (V)
4.0
4.5
5.0
5.5
図 2.出力電圧対広い同相モード電圧範囲
概要
AD8236 は、業界最小の消費電力を持つ計装アンプです。レー
ル to レール出力を持ち、最小 1.8 V の電圧で動作することがで
き、最大電源電流が 40 µA であるため、バッテリ駆動アプリケ
ーションで優れた選択肢になっています。
AD8236 の高入力インピーダンス、1 pA の低入力バイアス電流、
110 dB の高い CMRR (G = 100)、小型サイズ、低消費電力は極め
て大きな価値を提供します。一般的な 3 オペアンプ型計装アン
プに比べ広い同相モード電圧範囲を持つため、1.8 V または 3 V
単電源で動作するアプリケーションに対して優れたソリューシ
ョンになっています。技術革新的な入力ステージの採用により、
他のデザインでは一般的なクロスオーバー歪みのない広いレー
ル to レール入力電圧範囲が可能になっています。
AD8236 は 8 ピン MSOP パッケージを採用し、−40°C～+125°C
の工業用温度範囲で仕様が規定されています。
Rev. 0
表 1.計装アンプの分類 1
General
Purpose
AD8220
AD8221
AD8222
AD8228
AD8295
1
Zero Drift
AD8230
AD8231
AD8290
AD8293G80
AD8293G160
AD8553
AD8556
AD8557
Military
Grade
Low
Power
High Speed
PGA
AD620
AD621
AD624
AD524
AD526
AD8236
AD627
AD623
AD8223
AD8226
AD8250
AD8251
AD8253
最新の計装アンプについては、 http://www.analog.com/jp/specialtyamplifiers/instrumentationをご覧ください。
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本
AD8236
目次
特長......................................................................................................1
レイアウト.................................................................................... 15
アプリケーション ..............................................................................1
REF ピン........................................................................................ 15
接続図..................................................................................................1
電源のレギュレーションとバイパス ........................................ 15
概要......................................................................................................1
入力バイアス電流のリターン・パス ........................................ 16
改訂履歴..............................................................................................2
入力保護........................................................................................ 16
仕様......................................................................................................3
RF 干渉 .......................................................................................... 16
絶対最大定格 ......................................................................................7
最大消費電力 ..................................................................................7
ESD の注意......................................................................................7
同相モード入力電圧範囲 ............................................................ 17
アプリケーション情報 .................................................................... 18
AC 結合の計装アンプ.................................................................. 18
ピン配置およびピン機能説明 ..........................................................8
代表的な性能特性 ..............................................................................9
動作原理............................................................................................14
低消費電力心拍モニタ ................................................................ 19
外形寸法............................................................................................ 20
基本動作........................................................................................14
ゲインの選択 ................................................................................14
改訂履歴
5/09—Revision 0: Initial Version
Rev. 0
－ 2/20 －
オーダー・ガイド ........................................................................ 20
AD8236
仕様
特に指定がない限り、+VS = 5 V、−VS = 0 V (GND)、VREF = 2.5 V、TA = 25°C、G = 5、RL = 100 kΩ (GND へ接続)。
表 2.
Parameter
Test Conditions
COMMON-MODE REJECTION RATIO (CMRR)
CMRR DC
VS = ±2.5 V, VREF = 0 V
VCM = −1.8 V to +1.8 V
G=5
Min
Typ
86
94
Max
Unit
dB
G = 10
90
100
dB
G = 100
100
110
dB
G = 200
100
110
dB
76
nV/√Hz
4
4
15
µV p-p
µV p-p
fA/√Hz
NOISE
Voltage Noise Spectral Density, RTI
f = 1 kHz, G = 5
RTI, 0.1 Hz to 10 Hz
G=5
G = 200
Current Noise
VOLTAGE OFFSET
Input Offset, VOS
Average Temperature Coefficient (TC)
−40°C to +125°C
3.5
Offset RTI vs. Supply (PSR)
VS = 1.8 V to 5 V
2.5
mV
µV/°C
G=5
100
120
dB
G = 10
110
126
dB
G = 100
110
130
dB
G = 200
110
130
dB
INPUT CURRENT
Input Bias Current
Overtemperature
1
−40°C to +85°C
−40°C to +125°C
Input Offset Current
Overtemperature
10
pA
100
pA
600
pA
−40°C to +85°C
5
50
pA
pA
−40°C to +125°C
130
pA
0.5
DYNAMIC RESPONSE
Small Signal Bandwidth, –3 dB
G=5
23
kHz
G = 10
9
kHz
G = 100
0.8
kHz
0.4
kHz
G=5
444
µs
G = 10
456
µs
G = 100
992
µs
G = 200
1816
µs
9
mV/µs
G = 200
Settling Time 0.01%
VOUT = 4 V step
Slew Rate
G = 5 to 100
GAIN
Gain Range
G = 5 + 420 kΩ/RG
Gain Error
VS = ±2.5 V, VREF = 0 V, VOUT = −2 V to +2 V
5
200 1
V/V
%
G=5
0.005
0.05
G = 10
0.03
0.2
%
G = 100
0.06
0.2
%
0.15
0.3
%
2
10
ppm
G = 200
Nonlinearity
G=5
Rev. 0
RL = 10 kΩ or 100 kΩ
－ 3/20 －
AD8236
Parameter
Typ
Max
Unit
G = 10
1.2
10
ppm
G = 100
0.5
10
ppm
G = 200
0.5
10
ppm
Gain vs. Temperature
Test Conditions
Min
−40°C to +125°C
G=5
0.25
G > 10
1
ppm/°C
−50
ppm/°C
INPUT
Differential Impedance
440||1.6
Common-Mode Impedance
110||6.2
Input Voltage Range
−40°C to +125°C
0
RL = 100 kΩ
4.98
−40°C to +125°C
4.98
RL = 10 kΩ
4.9
−40°C to +125°C
RL = 100 kΩ
4.9
GΩ||pF
GΩ||pF
+VS
V
OUTPUT
Output Voltage High, VOH
Output Voltage Low, VOL
4.99
V
4.95
V
V
2
−40°C to +125°C
RL = 10 kΩ
10
−40°C to +125°C
5
V
mV
5
mV
25
mV
30
Short-Circuit Limit, ISC
mV
±55
mA
210
kΩ
REFERENCE INPUT
RIN
−IN, +IN = 0 V
IIN
20
Voltage Range
−VS
Gain to Output
nA
+VS
1
V
V/V
POWER SUPPLY
Operating Range
1.8
Quiescent Current
Overtemperature
30
−40°C to +125°C
5.5
V
40
µA
50
µA
+125
°C
TEMPERATURE RANGE
For Specified Performance
1
−40
AD8236 の仕様には低から中ゲインのみ記載してありますが、200 以上のゲインも設定可能です。
Rev. 0
－ 4/20 －
AD8236
特に指定がない限り、+VS = 1.8 V、−VS = 0 V (GND)、VREF = 0.9 V、TA = 25°C、G = 5、RL = 100 kΩ (GND へ接続)。
表 3.
Parameter
Test Conditions
COMMON-MODE REJECTION RATIO (CMRR)
CMRR DC
VS = ±0.9 V, VREF = 0 V
VCM = −0.6 V to +0.6 V
Min
Typ
G=5
86
94
dB
G = 10
90
100
dB
G = 100
100
110
dB
G = 200
100
110
dB
76
nV/√Hz
4
4
15
µV p-p
µV p-p
fA/√Hz
NOISE
Voltage Noise Spectral Density, RTI
f = 1 kHz, G = 5
Max
Unit
RTI, 0.1 Hz to 10 Hz
G=5
G = 200
Current Noise
VOLTAGE OFFSET
Input Offset, VOS
Average Temperature Coefficient (TC)
−40°C to +125°C
3.5
Offset RTI vs. Supply (PSR)
VS = 1.8 V to 5 V
2.5
mV
µV/°C
G=5
100
120
dB
G = 10
110
126
dB
G = 100
110
130
dB
G = 200
110
130
dB
INPUT CURRENT
Input Bias Current
Overtemperature
1
10
pA
100
pA
−40°C to +85°C
600
5
50
pA
pA
pA
−40°C to +125°C
130
pA
−40°C to +85°C
−40°C to +125°C
Input Offset Current
Overtemperature
0.5
DYNAMIC RESPONSE
Small Signal Bandwidth, –3 dB
G=5
23
kHz
G = 10
9
kHz
G = 100
0.8
kHz
0.4
kHz
G=5
143
µs
G = 10
178
µs
G = 100
1000
µs
G = 200
1864
µs
11
mV/µs
G = 200
Settling Time 0.01%
VOUT = 1.4 V step
Slew Rate
G = 5 to 100
GAIN
Gain Range
G = 5 + 420 kΩ/RG
Gain Error
VS = ±0.9 V, VREF = 0 V, VOUT = −0.6 V to +0.6 V
5
200 1
V/V
G=5
0.005
0.05
%
G = 10
0.03
0.2
%
G = 100
0.06
0.2
%
G = 200
0.15
0.3
%
Nonlinearity
G=5
RL = 10 kΩ or 100 kΩ
1
10
ppm
G = 10
1
10
ppm
G = 100
0.5
10
ppm
Rev. 0
－ 5/20 －
AD8236
Parameter
Test Conditions
Min
G = 200
Gain vs. Temperature
Typ
Max
Unit
0.4
10
ppm
−40°C to +125°C
G=5
0.25
G > 10
1
ppm/°C
−50
ppm/°C
INPUT
Differential Impedance
440||1.6
Common-Mode Impedance
Input Voltage Range
GΩ||pF
110||6.2
−40°C to +125°C
0
RL = 100 kΩ
1.78
GΩ||pF
+VS
V
OUTPUT
Output Voltage High, VOH
Output Voltage Low, VOL
−40°C to +125°C
1.78
RL = 10 kΩ
1.65
−40°C to +125°C
RL = 100 kΩ
1.65
1.79
V
1.75
V
V
5
5
mV
12
25
mV
25
mV
−40°C to +125°C
RL = 10 kΩ
−40°C to +125°C
Short-Circuit Limit, ISC
V
mV
2
±6
mA
REFERENCE INPUT
RIN
−IN, +IN = 0 V
IIN
Voltage Range
210
kΩ
20
nA
−VS
Gain to Output
+VS
1
V
V/V
POWER SUPPLY
Operating Range
1.8
Quiescent Current
Overtemperature
33
−40°C to +125°C
TEMPERATURE RANGE
For Specified Performance
1
−40
AD8236 の仕様には低から中ゲインのみ記載してありますが、200 以上のゲインも設定可能です。
Rev. 0
－ 6/20 －
5.5
V
40
µA
50
µA
+125
°C
AD8236
絶対最大定格
表 4.
Parameter
Rating
Supply Voltage
Power Dissipation
Output Short-Circuit Current
Input Voltage (Common Mode)
Differential Input Voltage
Storage Temperature Range
Operating Temperature Range
Lead Temperature (Soldering, 10 sec)
Junction Temperature
θJA (4-Layer JEDEC Standard Board)
8-Lead MSOP
Package Glass Transition Temperature
8-Lead MSOP
ESD
Human Body Model
Charge Device Model
Machine Model
6V
See Figure 3
55 mA
±VS
±VS
−65°C to +125°C
−40°C to +125°C
300°C
140°C
合計駆動電力と負荷電力の差が、パッケージ内で消費される駆
動電力です。
PD =静止消費電力+ (合計駆動電力-負荷消費電力)
V V
PD  V S  I S    S  OUT
RL
 2
RMS 出力電圧についても検討する必要があります。単電源動作
の場合のように RL が-VS を基準とすると、合計駆動電力は VS ×
IOUT になります。rms 信号レベルが不確定の場合は、電源電圧の
中点を基準とする RL に対して VOUT = VS/4 とするときの、ワー
スト・ケースを検討します。
PD  V S  I S  
135°C/W
V S / 42
RL
140°C
-VS を基準とする RL を使う単電源動作では、ワースト・ケース
は VOUT = VS/2 となります。
2 kV
1 kV
200 V
空気流があると放熱効果が良くなるため θJA が小さくなります。
さらに、メタル・パターン、スルー・ホール、グラウンド・プ
レーン、電源プレーンとパッケージ・ピンが直接接触する場合、
これらのメタルによっても θJA が小さくなります。
図 3 に、JEDEC標準 4 層ボードに実装した 8 ピンMSOPパッケー
ジについて、パッケージ内の最大安全消費電力対周囲温度を示
します。
2.00
最大消費電力
AD8236 のパッケージ内での安全な最大消費電力は、チップのジ
ャンクション温度(TJ)上昇により制限されます。チップをプラス
チック封止すると、局所的にジャンクション温度に到達します。
約 140 °C のガラス転移温度で、プラスチックの属性が変わりま
す。この温度規定値を一時的に超えた場合でも、パッケージか
らチップに加えられる応力が変化して、AD8236 のパラメータ
性能を永久的にシフトさせてしまうことがあります。
パッケージと PCB (θJA)の自然空冷時の熱特性、周囲温度(TA)、
パッケージ(PD)内の合計消費電力によって、チップのジャンク
ション温度が決定されます。ジャンクション温度は次のように
計算されます。
1.75
1.50
1.25
1.00
0.75
0.50
0.25
0
–40
–20
0
20
40
60
80
AMBIENT TEMPERATURE (°C)
100
120
08000-045
MAXIMUM POWER DISSIPATION (W)
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。
図 3.周囲温度対最大消費電力
TJ = TA + (PD × θJA)
パッケージ内の消費電力(PD)は、静止消費電力と全出力での負
荷駆動に起因するパッケージ内の消費電力との和になります。
静止電力は、電源ピン(VS)間の電圧に静止電流(IS)を乗算して計
算されます。負荷(RL)は電源電圧の中点を基準とすると仮定す
ると、合計駆動電力は VS/2×IOUT になり、この電力がパッケージ
内と負荷(VOUT×IOUT)で消費されます。
Rev. 0
 VOUT 2
–

RL

ESDの注意
－ 7/20 －
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。
AD8236
–IN 1
RG 2
RG 3
+IN 4
8
AD8236
+VS
7
TOP VIEW
(Not to Scale)
VOUT
6
REF
5
–VS
08000-004
ピン配置およびピン機能説明
図 4.ピン配置
表 5.ピン機能の説明
ピン
番号
記号
1
−IN
負入力ピン (真の差動入力)
2、3
RG
ゲイン設定ピン ( RG ピンに抵抗を接続します)
4
+IN
正入力ピン (真の差動入力)
5
−VS
負電源ピン
6
REF
リファレンス電圧ピン (低インピーダンス電圧源でこのピンを駆動して出力をレベルシフトします)
7
VOUT
出力ピン
8
+VS
正電源ピン
Rev. 0
説明
－ 8/20 －
AD8236
代表的な性能特性
特に指定がない限り、G = 5、+VS = 5 V、VREF = 2.5 V、RL = 100 kΩ (GND へ接続)、TA = 25°C。
GAIN = 5
700
NUMBER OF UNITS
600
500
400
300
100
–40
–20
0
20
1s/DIV
08000-060
5µV/DIV
0
08000-024
200
40
CMRR (µV/V)
図 8.0.1 Hz～10 Hz の RTI 電圧ノイズ
図 5.CMRR(Typ)の分布、G = 5
GAIN = 200
600
400
200
0
–4000 –3000
–2000
–1000
0
1000
2000
3000
4000
VOSI (µV)
08000-061
5µV/DIV
1s/DIV
08000-025
NUMBER OF UNITS
800
図 9.0.1 Hz～10 Hz の RTI 電圧ノイズ
図 6.入力オフセット電圧の分布
140
120
1k
GAIN = 200
GAIN = 100
PSRR (dB)
100
60
GAIN = 5
40
GAIN = 200
BANDWIDTH
LIMITED
20
10
08000-042
0
1
10
100
FREQUENCY (Hz)
1k
10k
GAIN = 10
GAIN = 5
0.1
1
10
100
1k
FREQUNCY (Hz)
10k
図 10.正 PSRR の周波数特性
RTI、VS = ±0.9 V、±2.5 V、VREF = 0 V
図 7.電圧ノイズ・スペクトル密度の周波数特性
Rev. 0
INTERNAL
CLIPPING
80
08000-035
NOISE (nV/√Hz)
100
－ 9/20 －
100k
AD8236
120
15
GAIN = 100
100
10
CMRR (µV/V)
5
60
0
40
–5
20
–10
0.1
1
10
100
1k
10k
–15
–40
100k
–20
0
FREQUENCY (Hz)
100
120
60
120
50
100
GAIN = 200
40
GAIN = 100
30
80
60
GAIN = 200
GAIN = 100
40
GAIN = 10
20
GAIN (dB)
CMRR (dB)
80
図 14.CMRR 変化の温度特性
G = 5、25°C で正規化
図 11.負 PSRR の周波数特性
RTI、VS = ±0.9 V、±2.5 V、VREF = 0 V
10
GAIN = 5
0
–10
GAIN = 10
–20
08000-023
20
GAIN = 5
0
0.1
20
40
60
TEMPERATURE (°C)
1
10
100
1k
–30
–40
100k
10k
10
100
1k
10k
100k
1M
10k
100k
FREQUENCY (Hz)
FREQUENCY (Hz)
図 15.ゲインの周波数特性
VS = 1.8 V、5 V
図 12.CMRR の周波数特性、RTI
120
6
100
5
4
60
VOUT (V p-p)
CMRR (dB)
80
GAIN = 200
GAIN = 100
40
3
2
GAIN = 5
GAIN = 10
1
10
100
1k
10k
1
100k
08000-132
0
0.1
08000-051
20
0
FREQUENCY (Hz)
1
10
100
1k
FREQUENCY (Hz)
図 13.CMRR の周波数特性、1 kΩ ソース不平衡、RTI
図 16.最大出力電圧の周波数特性
Rev. 0
－ 10/20 －
08000-022
0
08000-040
PSRR (dB)
GAIN = 200
GAIN = 5
08000-014
GAIN = 10
80
AD8236
1.5
2.0
2.5
3.0
OUTPUT VOLTAGE (V)
3.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
(4.98V, 0.767V)
(0.01V, 0.27V)
0.5
0
–0.5
4.5
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
08000-036
1.0
(4.98V, 4.737V)
(0.01V, 4.24V)
4.0
5.5
08000-038
08000-026
RLOAD = 10kΩ TIED TO GND
4.5
2.0
08000-037
RLOAD = 100kΩ TIED TO GND
VS = 5V
0.5
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
NONLINEARITY (5ppm/DIV)
5.0
OUTPUT VOLTAGE (V)
図 17.ゲイン非直線性、G = 5
図 20.出力電圧対入力同相モード電圧範囲
G = 5、VS = 5 V、VREF = 2.5 V
08000-028
TWO CURVES REPRESENTED:
RLOAD = 10kΩ AND 100kΩ TIED TO GND
VS = 5V
0.5
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
NONLINEARITY (2ppm/DIV)
5.0
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
OUTPUT VOLTAGE (V)
3.5
4.0
4.5
(4.994V, 4.75V)
(0.01V, 4.25V)
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
(4.994V, 0.076V)
(0.01V, 0.026V)
0.5
4.5
0
–0.5
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
OUTPUT VOLTAGE (V)
図 18.ゲイン非直線性、G = 10
図 21.出力電圧対入力同相モード電圧範囲
G = 200、VS = 5 V、VREF = 2.5 V
08000-029
TWO CURVES REPRESENTED:
RLOAD = 10kΩ AND 100kΩ TIED TO GND
VS = 5V
0.5
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
NONLINEARITY (2ppm/DIV)
1.8
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
OUTPUT VOLTAGE (V)
3.5
4.0
4.5
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
(1.78V, 0.274V)
(0.0069V, 0.09V)
0.2
0
–0.2
図 19.ゲイン非直線性、G = 200
(1.78V, 1.704V)
(0.0069V, 1.52V)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
OUTPUT VOLTAGE (V)
図 22.出力電圧対入力同相モード電圧範囲
G = 5、VS = 1.8 V、VREF = 0.9 V
Rev. 0
－ 11/20 －
AD8236
1.8
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
1.6
(1.75V, 1.705V)
(0.03V, 1.533V)
1.4
1.2
2V/DIV
1.0
0.8
444μs TO 0.01%
0.6
0.4
(1.75V, 0.275V)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
OUTPUT VOLTAGE (V)
08000-039
0
–0.2
08000-047
(0.03V, 0.103V)
0.2
1ms/DIV
図 26.大信号パルス応答とセトリング・タイム
VS = ±2.5 V、VREF = 0 V、RL = 10 kΩ (VREF へ接続)
図 23.出力電圧対入力同相モード電圧範囲
G = 200、VS = 1.8 V、VREF = 0.9 V
+VS
–0.002
–0.003
+125°C
+85°C
–40°C
+25°C
700mV/DIV
143.2μs TO 0.01%
+0.003
+0.002
+125°C +85°C +25°C
08000-048
OUTPUT VOLTAGE SWING (V)
REFERRED TO SUPPLY VOLTAGE
–0.001
–40°C
+0.001
1ms/DIV
2.3
2.8
3.3
3.8
SUPPLY VOLTAGE (V)
4.3
4.8
08000-054
–VS
1.8
図 27.大信号パルス応答とセトリング・タイム
VS = ±0.9 V、VREF = 0 V、RL = 10 kΩ (VREF へ接続)
図 24.電源電圧対出力電圧振幅
VS = ±0.9 V、±2.5 V、VREF = 0 V、RL = 100 kΩ (−VS へ接続)
+VS
+25°C
+85°C
+125°C
–0.2
–0.3
–40°C
20mV/DIV
+0.003
+0.002
+125°C
+85°C
+25°C
–40°C
03579-056
+0.001
–VS
08000-117
OUTPUT VOLTAGE SWING (V)
REFERRED TO SUPPLY VOLTAGE
–0.1
1k
10k
100µs/DIV
図 28.小信号パルス応答
G = 5、VS = ±2.5 V、VREF = 0 V
RL = 100 kΩ (VREF へ接続)、CL = 100 pF
100k
RLOAD (Ω)
図 25.負荷抵抗対出力電圧振幅
VS = ±0.9 V、±2.5 V、VREF = 0 V、RL = 100 kΩ (−VS へ接続)
Rev. 0
－ 12/20 －
AD8236
500
20mV/DIV
SETTLING TIME (µs)
400
300
200
0
100µs/DIV
0
1
2
08000-043
08000-017
100
4
3
OUTPUT VOLTAGE STEP SIZE (V)
図 29.小信号パルス応答
G = 5、CL = 100 pF、VS = ±0.9 V
VREF = 0 V、RL = 100 kΩ (VREF へ接続)
図 32.出力電圧ステップ・サイズ対セトリング・タイム
VS = ±2.5 V、VREF = 0 V、RL = 10 kΩ (VREF へ接続)
40
38
20mV/DIV
SUPPLY CURRENT (µA)
36
1.8V
34
32
30
5V
28
26
22
20
–40
1ms/DIV
図 30.小信号パルス応答
G = 200、CL = 100 pF、VS = 2.5 V
VREF = 0 V、RL = 100 kΩ (VREF へ接続)
–25
–10
5
20
35
50
65
TEMPERATURE (°C)
80
08000-013
20mV/DIV
図 33.総合電源電流の温度特性
1ms/DIV
図 31.小信号パルス応答
G = 200、CL = 100 pF、VS = 0.9 V
VREF = 0 V、RL = 100 kΩ (VREF へ接続)
Rev. 0
08000-034
08000-113
24
－ 13/20 －
95
110
125
AD8236
動作原理
RG
RG
ESD
PROTECTION
ESD
PROTECTION
REF 6
210kΩ
RG
3
+VS
–VS
8
5
ESD
PROTECTION
52.5kΩ
52.5kΩ
210kΩ
OP AMP
A
ESD
PROTECTION
OP AMP
B
ESD
PROTECTION
ESD
PROTECTION
1
AD8236
4
7
VOUT
08000-006
2
+IN
–IN
図 34.簡略化した回路図
AD8236 は 2 オペアンプ構成のモノリシック計装アンプです。
このデバイスは、サイズと低静止電流が最優先の低消費電力ポ
ータブル・アプリケーション向けにデザインされています。例
えば、低い電圧のバッテリーで動作する場合、レールtoレール
の入力ステージと出力ステージによりダイナミック・レンジを
大きくします。AD8236 は、相補差動対ステージを使用するため
非直線性の問題を持つ従来型レールtoレール入力アンプとは異な
り、内部で電源レールを持ち上げてアンプのレールtoレール動
作を可能にし、かつ 0.5 ppmと小さい非直線性を可能にする新し
いアーキテクチャを採用しています。さらに、この 2 オペアン
プ構成の計装アンプ・アーキテクチャは、広い同相モード電圧
範囲も提供します。詳細については、同相モード入力電圧範囲
のセクションで説明します。高精度レーザ・トリム抵抗により、
AD8236 はG = 5 かつゲイン精度 = 0.05% (最大)で、86 dB (最小)
もの高いCMRRを持っています。
基本動作
AD8236 は、正入力 (+IN)と負入力 (−IN)との間の差を増幅しま
す。REF ピンを使うと、出力信号をレベルシフトすることがで
きます。この機能は、フィルタまたは A/Dコンバータ (ADC)に
インターフェースする際に便利です。図 35に、基本セットアッ
プを示します。図 37 に、両電源でAD8236 を動作させる構成例
を示します。AD8236 の式は次のようになります。
VOUT = G × (VINP − VINM) + VREF
ゲイン設定抵抗を実装しない場合は、デフォルト・ゲインはG =
5 になります。ゲインの選択のセクションで、ゲインGの設定方
法を説明します。
ゲインの選択
RGピン間に抵抗を接続すると、AD8236 のゲインが設定されま
す。ゲインは、表 6からまたは次式を使って求めることができ
ます。
RG 
1% Standard Table Value of RG (Ω)
Calculated Gain
422 k
210 k
140 k
105 k
84.5 k
28 k
9.31 k
4.42 k
2.15 k
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
20.0
50.1
100.0
200.3
ゲイン抵抗を使わない場合は、AD8236 は G = 5(デフォルト)に
設定されます。ゲイン精度は、RG の絶対偏差により決定されま
す。外付けゲイン抵抗の TC により、計装アンプのゲイン・ド
リフトが大きくなります。ゲイン抵抗を使用しない場合、ゲイ
ン誤差とゲイン・ドリフトは最小に維持されます。
0.1µF
VINM
+VS
RG
RG
–IN
AD8236
OUT
VOUT
REF
–VS
VREF
08000-136
VINP
GAIN SETTING
RESISTOR
図 35.基本セットアップ
Rev. 0
G5
表 6.1%抵抗を使った場合のゲイン
5V
+IN
420 kΩ
－ 14/20 －
AD8236
レイアウト
INCORRECT
最大のシステム性能を得るためにはボード・レイアウトを注意
深く行う必要があります。AD8236 の小さい入力バイアス電流
の利用を必要とするアプリケーションでは、リーク電流を小さ
くするため入力パスの下に金属を配置しないでください。
CORRECT
AD8236
AD8236
REF
グラウンド接続
REF
V
V
AD8236 の出力電圧は、リファレンス・ピンREFの電位を基準に
しています。最も正確な出力を安定して得るためには、REFピ
ンからのパターンはAD8236 のローカル・グラウンド(図 37)また
はAD8236 のローカル・グラウンド(図 35)を基準とする電圧に接
続する必要があります。
+
OP AMP
08000-137
–
図 36.REF ピンの駆動
REFピン
リファレンス・ピンREFは 210 kΩ抵抗の一端に接続されていま
す(図 34参照)。計装アンプの出力は、REFピンの電圧を基準に
しています。これは出力信号をコモン以外の電圧にオフセット
させる際に便利です。例えば、電圧源をREFピンに接続して、
AD8236 がADCとインターフェースできるように、出力をレベ
ル・シフトさせることができます。許容リファレンス電圧範囲
は、ゲイン、同相モード入力、電源電圧の関数になります。
REFピンは、+VSまたは-VSを 0.5 V以上超えることはできません。
最適性能を得るためには、特に出力がREFピンを基準としない
場合には、REFピンへ接続されるソース・インピーダンスを小
さく維持して、寄生抵抗がCMRRとゲイン精度に悪影響を与え
ないようにする必要があります。図 36 に、ミッドスケール・リ
ファレンス電圧が必要な場合に、REFピンに対し低ソース・イ
ンピーダンスを提供するオペアンプの構成方法を示します。
電源のレギュレーションとバイパス
AD8236 は高い電源除去比 (PSRR)を持っていますが、最適性能を
得るためには、安定な DC 電圧を使って計装アンプに電源を供給
する必要があります。電源ピンのノイズは性能に悪影響を与え
ることがあります。すべてのリニア回路と同様に、バイパス・
コンデンサを使ってアンプをデカップリングする必要がありま
す。
0.1μFのコンデンサを各電源ピンの近くに接続する必要がありま
す。10 µFのタンタル・コンデンサをデバイスから離れたところ
に接続することができます(図 37参照)。多くの場合、このコン
デンサは他の高精度ICと共用することができます。
+VS
0.1µF
10µF
+IN
VOUT
AD8236
LOAD
0.1µF
–VS
10µF
08000-138
REF
–IN
図 37.電源のデカップリング、REF、グラウンド基準の出力
Rev. 0
－ 15/20 －
AD8236
+VS
+VS
AD8236
AD8236
REF
REF
–VS
–VS
TRANSFORMER
TRANSFORMER
+VS
+VS
C
C
1
fHIGH-PASS = 2πRC
AD8236
R
AD8236
REF
REF
–VS
–VS
AC-COUPLED
AC-COUPLED
08000-139
R
図 38.IBIAS パスの構成
入力バイアス電流のリターン・パス
RF干渉
AD8236 の入力バイアス電流は極めて小さく 10 pA以下です。そ
れでも入力バイアス電流には、コモンへのリターン・パスが必
要です。トランスのように信号源にリターン電流パスがない場
合には、これを設ける必要があります(図 38参照)。
強いRF信号が存在するアプリケーションでは、RFの整流がしば
しば問題になります。問題は小さいDCオフセット電圧として現
れます。AD8236 の各入力のゲート容量CGは 3.1 pF です。一致し
た直列抵抗は高周波での整流を抑えるローパス・フィルタを構成
します (図 39参照)。外付けの一致した直列抵抗と内部ゲート容
量との関係は、次式で表されます。
AD8236 のすべてのピンは、ESD に対して保護されています。
さらに、この入力構造では DC 過負荷状態として正電源電圧の
上へダイオード電圧 1 個分と負電源電圧の下へダイオード電圧
1 個分を許容しています。電源のダイオード電圧を超える電圧で
は ESD ダイオードが導通して、ダイオードに電流が流れます。
このため、外付け抵抗を各入力に直列に接続して、+VS を超え
る電圧に対して電流を制限する必要があります。いずれの場合
でも、AD8236 は室温で 6 mA の連続電流を安全に処理すること
ができます。
心臓除細動器のように AD8236 に非常に大きな過負荷電圧が入
力されるアプリケーションの場合には、外付け直列抵抗と、
BAV199L、FJH1100、または SP720 のようなローリーク・ダイ
オード・クランプを使う必要があります。
FilterFreqDIFF 
FilterFreqCM 
1
2πRCG
1
2πRCG
+VS
0.1µF
R
10µF
+IN
CG
AD8236
–VS
R
VOUT
CG
–IN
–VS
0.1µF
REF
10µF
–VS
08000-140
入力保護
図 39.外付けコンデンサなしの RFI フィルタ機能
Rev. 0
－ 16/20 －
AD8236
小さいソース抵抗の使用時に高周波同相モード信号を除去する
ために、ローパス RC回路を計装アンプ入力に接続することがで
きます(図 40参照)。このフィルタは、次式の関係を使って入力信
号の帯域幅を制限します。
FilterFreqDIFF 
FilterFreqCM 
1
2πR(2 CD  CC  CG )
同相モード入力電圧範囲
同相モード入力電圧範囲は、入力電圧、リファレンス電圧、電
源電圧、内部オペアンプA出力の関数になります。 図 34に
AD8236 の内部ノードを示します。図 20 ～図 23に、代表的な電
源電圧とゲインに対する同相モード電圧範囲を示します。
電源電圧とリファレンス電圧が図 20～図 23に記載されていない
場合は、次の方法を使って同相モード電圧範囲を計算すること
ができます。
1
2πR(CC  CG )
1.
CC コンデンサが一致しないと、ローパス・フィルタが一致しま
せん。この不平衡により、AD8236 は同相モード信号として扱う
べきところを差動信号として扱ってしまいます。外付け CC コン
デンサ不一致の影響を小さくするためには、CD の値を(10× CC)
以上にしてください。これにより、差動フィルタ周波数が同相モ
ード周波数より低く設定されます。
2.
A
CC
10µF
1nF
R
+IN
4.02kΩ
CD
R
ゲイン設定抵抗 RG を使用しない場合は、RG は無限大とし
ます。
VOUT
AD8236
10nF
REF
3.
–IN
4.02kΩ
1nF
08000-141
CC
A を両電源レールの内側 10 mV 以内に維持します。これは
−40°C～+125°C の温度範囲で有効です。
−VS + 10 mV < A < +VS – 10 mV
図 40.RFI の除去
Rev. 0
V DIFF  52.5 kΩ
V
5
VDIFF  REF
 VCM 

4
2 
RG
4
ここで、
VDIFF は入力電圧の差。
VDIFF = VINP − VINM。
VCM は同相モード電圧。
VCM = (VINP + VINM)/2。
+VS
0.1µF
表 2と表 3に示す入力、出力、リファレンス電圧範囲に従
います。
内部オペアンプ A の出力を計算します。次式でこの出力を
計算します。
－ 17/20 －
AD8236
アプリケーション情報
+VS
AC結合の計装アンプ
0.1µF
+IN
fHIGH-PASS =
AD8236
R
REF
–IN
C
+VS
0.1µF
AD8603
信号が fHIGH-PASS を超えると、AD8236 はコンデショニング済み
の入力信号を出力します。
+VS
VREF
10µF
図 41.AC 結合回路
Rev. 0
－ 18/20 －
1
2πRC
08000-142
帰還内でAD8236 に積分器を接続して、ハイパス・フィルタを
構成することができます(図 41参照)。この回路は、DC電圧とオ
フセットを除去するときに使うことができます。低い周波数で、
コンデンサCのインピーダンスは高くなります。このため、積分
器のゲインが大きくなります。AD8236 出力のDC電圧が反転さ
れ、積分器によりゲインが与えられます。反転信号がREFピンに
戻されて、出力をゼロにします。これに対して高い周波数では、
インピーダンスCが低くなるため積分器のゲインが小さくなり
ます。高い周波数での電圧変化は反転されますが、ゲインは小
さくなります。信号がREFピンに入力されますが、出力をゼロに
するほど大きくありません。非常に高い周波数で、コンデンサは
短絡として機能します。オペアンプはゲイン = 1 です。このた
め、高い周波数の信号は通過することができます。
AD8236
この回路は、AD8609低消費電力クワッド・オペアンプを使って
デザイン/テストされました。4 番目のオペアンプはシュミット・
トリガとして構成され、右腕または左腕から電極が外れたか否
かを表示します。この抵抗はAD8236 入力の 953 kΩ 抵抗と組み
合わせて使用して、電極が人体から離れたとき入力をプルアッ
プ/ダウンします。シュミット・トリガはアクティブ・ロー信号
を送信して、リード・オフ状態を表示します。
低消費電力心拍モニタ
AD8236 は低消費電力と小型であるため、心拍モニタに対する
優れた選択肢になっています。図 42に示すように、AD8236 は
人体の生体電位信号を測定します。同相モード信号を除去し、
G = 5 のプライマリ・ゲイン・ステージ・セットとして機能しま
す。4.7 µFのコンデンサと 100 kΩ の抵抗により、計装アンプの
後ろのハイパス・フィルタの −3 dB カットオフを設定します。
電極のハーフ・セル・オーバーポテンシャルから生じる差動 DC
オフセットを除去します。
リファレンス電極 (右脚)はグラウンドに接続されます。同様に、
電極ケーブルのシールドもグラウンドに接続されます。ポータ
ブル心拍モニタによっては、2 つ目の電極がないこともありま
す。このような場合には、AD8236 の負入力は GND へ接続する
ことができます。
G = 403 に設定されたセカンダリ・ゲイン・ステージは ECG 信号
を増幅し、その出力は−3 dB カットオフ = 48 Hz の 2 次ローパ
ス・フィルタ(ベッセル・フィルタ)へ送られます。324 Ω の抵抗
と 1 μF のコンデンサは折り返し防止フィルタとして機能します。
1 µF のコンデンサも、ADC のスイッチド・キャパシタ入力ステ
ージに対する電荷リザーバとして機能します。
+2.5V
–2.5V
1kΩ
+2.5V
この回路は AD8236 の機能を示す目的でのみ示してあることに注
意してください。医用安全性ガイドラインに準拠するためには
さらに追加すべき事項があります。
20kΩ
5kΩ
+2.5V
AD8609
0.1µF
LEADS OFF DETECTION
INTERRUPT
LEADS OFF
680nF
953kΩ
+2.5V
0.1µF
RA
RL
AD8236
LA
IN-AMP
AD8609
24.9kΩ
4.02kΩ
AD8609
100kΩ
953kΩ
1kΩ
0.1µF
402kΩ
220nF
0.1µF
324Ω
1µF
10-BIT ADC
MCU + ADC
4.7µF
–2.5V
–2.5V
–2.5V
+2.5V
08000-143
AD8609
1kΩ
–2.5V
図 42.低消費電力心拍モニタの回路例
Rev. 0
－ 19/20 －
AD8236
外形寸法
3.20
3.00
2.80
8
3.20
3.00
2.80
1
5
5.15
4.90
4.65
4
PIN 1
0.65 BSC
0.95
0.85
0.75
1.10 MAX
0.15
0.00
0.38
0.22
COPLANARITY
0.10
0.23
0.08
8°
0°
0.80
0.60
0.40
SEATING
PLANE
COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-AA
図 43.8 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
Model
Temperature Range
Package Description
Package Option
Branding
AD8236ARMZ 1
−40°C to +125°C
8-Lead MSOP
RM-8
Y1W
AD8236ARMZ-R71
−40°C to +125°C
8-Lead MSOP
RM-8
Y1W
AD8236ARMZ-RL1
−40°C to +125°C
8-Lead MSOP
RM-8
Y1W
1
Z = RoHS 準拠製品
Rev. 0
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