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日本語参考資料
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3 nV/√Hz、低消費電力の
計装アンプ
AD8421
データシート
ピン接続
特長
–IN
1
RG
AD8421
8
+VS
2
7
VOUT
RG
3
6
REF
+IN
4
5
–VS
10123-001
低消費電力
最大電源電流: 2.3 mA
低ノイズ
最大入力電圧ノイズ: 1 kHz で 3.2 nV/√Hz
電流ノイズ: 1 kHz で 200 fA/√Hz
優れた AC 仕様
帯域幅: 10 MHz (G = 1)
帯域幅: 2 MHz (G = 100)
0.001%へのセトリング・タイム: 0.6 µs (G = 10)
CMRR: 20 kHz で 80 dB (G = 1)
スルーレート: 35 V/μs
高精度 DC 性能(AD8421BRZ)
CMRR:最小 94 dB (G = 1)
最大入力オフセット電圧ドリフト: 0.2 µV/°C
最大ゲイン・ドリフト: 1 ppm/°C (G = 1)
最大入力バイアス電流: 500 pA
反対側電源から 40 V までの入力保護
両電源動作: ±2.5 V～±18 V (単電源動作: 5 V～36 V)
1 本の抵抗でゲイン設定(G = 1～10,000)
TOP VIEW
(Not to Scale)
図 1.
10µ
TOTAL NOISE DENSITY AT 1kHz (V/√Hz)
G = 100
アプリケーション
医療計測機器
高精度データ・アクイジション
マイクロフォンのプリアンプ
振動解析
マルチプレクス入力アプリケーション
ADC ドライバ
BEST AVAILABLE
7mA LOW NOISE IN-AMP
1µ
100n
BEST AVAILABLE
1mA LOW POWER IN-AMP
10n
AD8421
1k
10k
100k
1M
SOURCE RESISTANCE, RS (Ω)
10123-078
RS NOISE ONLY
1n
100
図 2.ソース抵抗対ノイズ密度
概要
AD8421 は、広範囲なシグナル・コンデショニング・アプリケー
ションとデータ・アクイジション・アプリケーションに最適な
低価格、低消費電力、超低ノイズ、超低バイアス電流、高速の計
装アンプです。この製品は、極めて高い CMRR を持つため、広
い温度範囲で高周波同相モード・ノイズが存在する中で低いレ
ベルの信号を取り出すことができます。
AD8421 は、10 MHz の帯域幅、35 V/µs のスルーレート、0.6 µs
のセトリング・タイム(G = 10、0.001%へのセトリング)を持つた
め、高速信号を増幅することができ、チャンネル数の多いマル
チプレクス・システムを必要とするアプリケーションに優れて
います。高いゲインであっても、電流帰還アーキテクチャによ
り高性能を維持します。例えば、G = 100 で、帯域幅は 2 MHz、
セトリング・タイムは 0.8 µs です。AD8421 は優れた歪み性能を
持つため、振動解析のような厳しいアプリケーションに適してい
ます。
Rev. 0
AD8421 は、3 nV/√Hz の入力電圧ノイズを持ち、わずか 2 mA の
静止電流で 200 fA/√Hz の電流ノイズであるため、低レベル信号
の測定に最適です。高いソース・インピーダンスを持つアプリ
ケーションに対しては、AD8421 は技術革新的な製造プロセス
技術とデザイン技術を採用して、センサーのみによって制限さ
れるノイズ性能を提供します。
AD8421 は独自の保護方法を採用して、強固な入力を実現する
と同時に非常に低いノイズを維持します。この保護機能により、
デバイスに損傷を与えることなく反対側電源レールから 40 V ま
での入力電圧を可能にしています。
1 本の抵抗により 1～10,000 のゲインを設定します。リファレン
ス・ピンを使って、出力電圧へ高精度のオフセットを与えるこ
とができます。
AD8421 の仕様は−40°C～+85°C で規定され、125°C の代表値性
能カーブを持っています。この製品は 8 ピンの MSOP パッケー
ジまたは SOIC パッケージを採用しています。
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、
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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、それぞれの所有者の財産です。
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電話 06（6350）6868
AD8421
データシート
目次
特長 ....................................................................................................1
ゲインの選択 .............................................................................. 20
アプリケーション .............................................................................1
リファレンス・ピン .................................................................. 21
ピン接続 ............................................................................................1
入力電圧範囲 .............................................................................. 21
概要 ....................................................................................................1
レイアウト .................................................................................. 21
改訂履歴 ............................................................................................2
入力バイアス電流のリターン・パス ....................................... 22
仕様 ....................................................................................................3
電源レールを超える入力電圧 ................................................... 22
AR グレードおよび BR グレード ................................................3
無線周波数干渉(RFI).................................................................. 23
ARM グレードおよび BRM グレード..........................................5
入力ステージ・ノイズの計算 ................................................... 23
絶対最大定格.....................................................................................8
アプリケーション情報 .................................................................. 25
熱抵抗 ............................................................................................8
差動出力構成 .............................................................................. 25
ESD の注意 ....................................................................................8
ADC の駆動................................................................................. 26
ピン配置およびピン機能説明..........................................................9
外形寸法.......................................................................................... 27
代表的な性能特性 ...........................................................................10
オーダー・ガイド ...................................................................... 27
動作原理 ..........................................................................................20
アーキテクチャ ...........................................................................20
改訂履歴
5/12—Revision 0: Initial Version
Rev. 0
－ 2/27 －
AD8421
データシート
仕様
特に指定がない限り、VS = ±15 V、VREF = 0 V、TA = 25°C、G = 1、RL = 2 kΩ。
AR グレードおよび BR グレード
表 1.
Parameter
COMMON-MODE REJECTION
RATIO (CMRR)
CMRR DC to 60 Hz with 1 kΩ
Source Imbalance
G=1
G = 10
G = 100
G = 1000
Over Temperature, G = 1
CMRR at 20 kHz
Test Conditions/
Comments
VOLTAGE OFFSET2
Input Offset Voltage, VOSI
Over Temperature
Average TC
Output Offset Voltage, VOSO
Over Temperature
Average TC
Offset RTI vs. Supply (PSR)
G=1
G = 10
G = 100
G = 1000
INPUT CURRENT
Input Bias Current
Over Temperature
Average TC
Input Offset Current
Over Temperature
Average TC
Rev. 0
Min
Typ
BR Grade
Max
Min
Typ
Max
Unit
VCM = −10 V to +10 V
T = −40°C to +85°C
VCM = −10 V to +10 V
G=1
G = 10
G = 100
G = 1000
NOISE
Voltage Noise, 1 kHz1
Input Voltage Noise, eni
Output Voltage Noise, eno
Peak to Peak, RTI
G=1
G = 10
G = 100 to 1000
Current Noise
Spectral Density
Peak to Peak, RTI
AR Grade
86
106
126
136
80
94
114
134
140
93
dB
dB
dB
dB
dB
80
90
100
110
80
100
110
120
dB
dB
dB
dB
VIN+, VIN− = 0 V
3
3.2
60
nV/√Hz
nV/√Hz
2
0.5
0.07
2
0.5
0.07
2.2
µV p-p
µV p-p
µV p-p
200
18
200
18
3
3.2
60
f = 0.1 Hz to 10 Hz
f = 1 kHz
f = 0.1 Hz to 10 Hz
VS = ±5 V to ±15 V
TA = −40°C to +85°C
60
86
0.4
350
0.66
6
TA = −40°C to +85°C
0.09
fA/√Hz
pA p-p
25
45
0.2
250
0.45
5
µV
µV
µV/°C
µV
mV
µV/°C
VS = ±2.5 V to ±18 V
90
110
124
130
120
120
130
140
1
TA = −40°C to +85°C
50
0.5
TA = −40°C to +85°C
1
－ 3/27 －
100
120
140
140
2
8
2
2.2
120
140
150
150
0.1
50
0.1
1
dB
dB
dB
dB
0.5
6
0.5
0.8
nA
nA
pA/°C
nA
nA
pA/°C
AD8421
データシート
Parameter
Test Conditions/
Comments
AR Grade
Min
Typ
BR Grade
Max
Min
Typ
Max
Unit
DYNAMIC RESPONSE
Small Signal Bandwidth
−3 dB
G=1
10
10
MHz
G = 10
10
10
MHz
G = 100
2
2
MHz
G = 1000
0.2
0.2
MHz
G=1
0.7
0.7
µs
G = 10
0.4
0.4
µs
G = 100
0.6
0.6
µs
5
5
µs
G=1
1
1
µs
G = 10
0.6
0.6
µs
G = 100
0.8
0.8
µs
G = 1000
6
6
µs
35
35
V/µs
Settling Time to 0.01%
10 V step
G = 1000
Settling Time to 0.001%
10 V step
Slew Rate
G = 1 to 100
GAIN
3
G = 1 + (9.9 kΩ/RG)
Gain Range
Gain Error
1
10,000
G=1
G = 10 to 1000
Gain Nonlinearity
G=1
1
10,000
V/V
0.02
0.01
%
0.2
0.1
%
VOUT = ±10 V
VOUT = −10 V to +10 V
RL ≥ 2 kΩ
1
ppm
RL = 600 Ω
1
3
1
3
ppm
RL ≥ 600 Ω
30
50
30
50
ppm
VOUT = −5 V to +5 V
5
10
5
10
ppm
G=1
5
0.1
1
ppm/°C
G>1
−50
−50
ppm/°C
G = 10 to 1000
1
Gain vs. Temperature3
INPUT
Input Impedance
Differential
30||3
30||3
Common Mode
30||3
30||3
Input Operating Voltage Range4
Over Temperature
OUTPUT
Output Swing
Over Temperature
GΩ||pF
GΩ||pF
VS = ±2.5 V to ±18 V
−VS + 2.3
+VS − 1.8
−VS + 2.3
+VS − 1.8
V
TA = −40°C
−VS + 2.5
+VS − 2.0
−VS + 2.5
+VS − 2.0
V
TA = +85°C
−VS + 2.1
+VS − 1.8
−VS + 2.1
+VS − 1.8
V
RL = 2 kΩ
VS = ±2.5 V to ±18 V
−VS + 1.2
+Vs − 1.6
−VS + 1.2
+VS − 1.6
V
TA = −40°C to +85°C
−VS + 1.2
+Vs − 1.6
−VS + 1.2
+VS − 1.6
V
Short-Circuit Current
65
65
mA
20
20
kΩ
REFERENCE INPUT
RIN
IIN
Voltage Range
Reference Gain to Output
Rev. 0
VIN+, VIN− = 0 V
20
−VS
24
+VS
20
−VS
1±
1±
0.0001
0.0001
－ 4/27 －
24
µA
+VS
V
V/V
AD8421
データシート
Parameter
AR Grade
Test Conditions/
Comments
Min
Dual supply
±2.5
Single supply
5
Typ
BR Grade
Max
Min
±18
±2.5
36
5
Typ
Max
Unit
±18
V
36
V
2.3
mA
2.6
mA
POWER SUPPLY
Operating Range
Quiescent Current
2
Over Temperature
TA = −40°C to +85°C
2.3
2
2.6
TEMPERATURE RANGE
For Specified Performance
−40
+85
−40
+85
°C
Operational5
−40
+125
−40
+125
°C
総合電圧ノイズ = √(eni2 + (eno/G)2 + eRG2)。 詳細については、動作原理のセクションを参照してください。
総合 RTI VOS = (VOSI) + (VOSO/G)。
3
これらの規定値には、外付けゲイン設定抵抗 RG の許容誤差は含まれません。 G > 1 の場合は、RG 誤差をこの表の規定値に加算してください。
4
AD8421 入力ステージの入力電圧範囲。 入力範囲は、同相モード電圧、差動電圧、ゲイン、リファレンス電圧に依存することがあります。
詳細については、入力電圧範囲のセクションを参照してください。
5
85°C～125°C での動作予測については、代表的な性能特性のセクションを参照してください。
1
2
ARM グレードおよび BRM グレード
表 2.
Test Conditions/
Comments
Parameter
ARM Grade
Min
Typ
BRM Grade
Max
Min
Typ
Max
Unit
COMMON-MODE REJECTION
RATIO (CMRR)
CMRR DC to 60 Hz with 1 kΩ
Source Imbalance
VCM = −10 V to +10 V
G=1
84
92
dB
G = 10
104
112
dB
G = 100
124
132
dB
G = 1000
134
140
dB
80
90
dB
Over Temperature, G = 1
TA = −40°C to +85°C
VCM = −10 V to +10 V
CMRR at 20 kHz
G=1
80
80
dB
G = 10
90
90
dB
G = 100
100
100
dB
G = 1000
100
100
dB
NOISE
Voltage Noise, 1 kHz1
VIN+, VIN− = 0 V
Input Voltage Noise, eni
3
Output Voltage Noise, eno
Peak to Peak, RTI
3.2
3
60
3.2
nV/√Hz
60
nV/√Hz
2.2
µV p-p
f = 0.1 Hz to 10 Hz
G=1
2
2
G = 10
0.5
0.5
G = 100 to 1000
0.07
0.07
µV p-p
0.09
µV p-p
Current Noise
Spectral Density
f = 1 kHz
200
200
fA/√Hz
Peak to Peak, RTI
f = 0.1 Hz to 10 Hz
18
18
pA p-p
2
VOLTAGE OFFSET
Input Offset Voltage, VOSI
Over Temperature
VS = ±5 V to ±15 V
70
50
µV
TA = −40°C to +85°C
135
135
µV
0.9
0.9
µV/°C
600
400
µV
1
1
mV
9
9
µV/°C
Average TC
Output Offset Voltage, VOSO
Over Temperature
TA = −40°C to +85°C
Average TC
Rev. 0
－ 5/27 －
AD8421
データシート
Test Conditions/
Comments
Parameter
ARM Grade
Min
Typ
G=1
90
G = 10
G = 100
G = 1000
Offset RTI vs. Supply (PSR)
BRM Grade
Max
Min
Typ
Max
Unit
120
100
120
dB
110
120
120
140
dB
124
130
140
150
dB
130
140
140
150
dB
VS = ±2.5 V to ±18 V
INPUT CURRENT
Input Bias Current
1
TA = −40°C to +85°C
Over Temperature
2
0.1
8
Average TC
50
Input Offset Current
0.5
TA = −40°C to +85°C
Over Temperature
nA
6
nA
50
2
0.1
3
Average TC
1
pA/°C
1
nA
1.5
nA
1
1
pA/°C
G=1
10
10
MHz
G = 10
10
10
MHz
G = 100
2
2
MHz
G = 1000
0.2
0.2
MHz
G=1
0.7
0.7
µs
G = 10
0.4
0.4
µs
G = 100
0.6
0.6
µs
G = 1000
5
5
µs
DYNAMIC RESPONSE
−3 dB
Small Signal Bandwidth
Settling Time 0.01%
10 V step
Settling Time 0.001%
10 V step
G=1
1
1
µs
G = 10
0.6
0.6
µs
G = 100
0.8
0.8
µs
G = 1000
6
6
µs
35
35
V/µs
Slew Rate
G = 1 to 100
G = 1 + (9.9 kΩ/RG)
GAIN3
Gain Range
1
Gain Error
10,000
1
10,000
V/V
VOUT = ±10 V
G=1
0.05
0.02
%
G = 10 to 1000
0.3
0.2
%
VOUT = −10 V to +10 V
Gain Nonlinearity
RL ≥ 2 kΩ
G=1
1
ppm
RL = 600 Ω
1
3
1
3
ppm
RL ≥ 600 Ω
30
50
30
50
ppm
VOUT = −5 V to +5 V
5
10
5
10
ppm
G=1
5
0.1
1
ppm/°C
G>1
−50
−50
ppm/°C
G = 10 to 1000
1
Gain vs. Temperature3
INPUT
Input Impedance
Differential
30||3
30||3
GΩ||pF
Common Mode
30||3
30||3
GΩ||pF
4
Input Operating Voltage Range
Over Temperature
Rev. 0
VS = ±2.5 V to ±18 V
−VS + 2.3
+VS − 1.8
−VS + 2.3
+VS − 1.8
V
TA = −40°C
−VS + 2.5
+VS − 2.0
−VS + 2.5
+VS − 2.0
V
TA = +85°C
−VS + 2.1
+VS − 1.8
−VS + 2.1
+VS − 1.8
V
－ 6/27 －
AD8421
データシート
Parameter
Test Conditions/
Comments
OUTPUT
RL = 2 kΩ
Output Swing
Over Temperature
ARM Grade
Min
POWER SUPPLY
Operating Range
Quiescent Current
Over Temperature
TEMPERATURE RANGE
For Specified Performance
Operational5
Max
Min
Typ
Max
Unit
VS = ±2.5 V to ±18 V
−VS + 1.2
+VS − 1.6
−VS + 1.2
+Vs − 1.6
V
TA = −40°C to +85°C
−VS + 1.2
+VS − 1.6
−VS + 1.2
+Vs − 1.6
V
Short-Circuit Current
REFERENCE INPUT
RIN
IIN
Voltage Range
Reference Gain to Output
Typ
BRM Grade
65
20
20
VIN+, VIN− = 0 V
−VS
65
24
+VS
20
20
−VS
1±
0.0001
Dual supply
Single supply
±2.5
5
2
TA = −40°C to +85°C
−40
−40
mA
24
+VS
kΩ
µA
V
V/V
±18
36
2.3
2.6
V
V
mA
mA
+85
+125
°C
°C
1±
0.0001
±18
36
2.3
2.6
±2.5
5
+85
+125
−40
−40
2
総合電圧ノイズ = √(eni2 + (eno/G)2 + eRG2)。 詳細については、動作原理のセクションを参照してください。
総合 RTI VOS = (VOSI) + (VOSO/G)。
3
これらの規定値には、外付けゲイン設定抵抗 RG の許容誤差は含まれません。 G > 1 の場合は、RG 誤差をこの表の規定値に加算してください。
4
AD8421 入力ステージの入力電圧範囲。 入力範囲は、同相モード電圧、差動電圧、ゲイン、リファレンス電圧に依存することがあります。
詳細については、入力電圧範囲のセクションを参照してください。
5
85°C～125°C での動作予測については、代表的な性能特性のセクションを参照してください。
1
2
Rev. 0
－ 7/27 －
AD8421
データシート
絶対最大定格
表 3.
Parameter
Supply Voltage
Output Short-Circuit Current Duration
Maximum Voltage at −IN or +IN1
Minimum Voltage at −IN or +IN
Maximum Voltage at REF2
Minimum Voltage at REF
Storage Temperature Range
Operating Temperature Range
Maximum Junction Temperature
ESD
Human Body Model
Charged Device Model
Machine Model
熱抵抗
Rating
±18 V
Indefinite
−VS + 40 V
+VS − 40 V
+VS + 0.3 V
−VS − 0.3 V
−65°C to +150°C
−40°C to +125°C
150°C
θJA は、自然空冷で 4 層 JEDEC プリント回路ボード(PCB)に実装
したデバイスに対して規定します。
表 4.
Unit
°C/W
°C/W
ESD の注意
2 kV
1.25 kV
0.2 kV
1
これらの規定値を超える電圧に対しては、入力保護抵抗を使用してください。
詳細については、動作原理のセクションを参照してください。
2
リファレンス入力と各電源との間に ESD 保護ダイオードが付いているため、
+IN と−IN の場合と同様に REF を電源電圧を超えて駆動することはできま
せん。詳細については、REF ピンのセクションを参照してください。
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. 0
θJA
107.8
138.6
Package
8-Lead SOIC
8-Lead MSOP
－ 8/27 －
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。
AD8421
データシート
AD8421
–IN
1
8
+VS
RG
2
7
VOUT
RG
3
6
REF
+IN
4
5
–VS
TOP VIEW
(Not to Scale)
10123-002
ピン配置およびピン機能説明
図 3.ピン配置
表 5.ピン機能の説明
ピン番号
記号
説明
1
−IN
負の入力端子。
2、3
4
RG
ゲイン設定端子。RG ピンの両端に抵抗を接続してゲインを設定します。G = 1 + (9.9 kΩ/RG)。
+IN
正の入力端子。
5
−VS
負の電源端子。
6
REF
リファレンス電圧端子。この端子を低インピーダンス電圧源で駆動して出力をレベル・シフトします。
7
VOUT
出力端子。
8
+VS
正の電源端子。
Rev. 0
－ 9/27 －
AD8421
データシート
代表的な性能特性
特に指定がない限り、TA = 25°C、VS = ±15 V、VREF = 0 V、RL = 2 kΩ。
600
600
500
500
400
300
300
200
200
100
100
–40
–20
0
20
40
60
INPUT OFFSET VOLTAGE (µV)
0
–400
10123-003
1500
1000
1200
800
UNITS
1200
UNITS
–100
0
100
200
300
400
1.5
2.0
90
120
図 7.出力オフセット電圧の分布
1800
900
600
600
400
300
–1.5
–1.0
–0.5
0
0.5
1.0
1.5
2.0
10123-004
200
INPUT BIAS CURRENT (nA)
0
–2.0
–1.5
–1.0
–0.5
0
0.5
1.0
INPUT OFFSET CURRENT (nA)
図 5.入力バイアス電流の分布
図 8.入力オフセット電流の分布
1600
1400
1400
1200
1200
1000
1000
800
UNITS
UNITS
–200
OUTPUT OFFSET VOLTAGE (µV)
図 4.入力オフセット電圧の分布
0
–2.0
–300
10123-007
0
–60
10123-006
UNITS
UNITS
400
600
800
600
400
400
200
–10
–5
0
5
10
PSRR (µV/V)
15
20
0
–120
–90
–60
–30
0
30
60
CMRR (µV/V)
図 6.PSRR の分布(G = 1)
図 9.CMRR の分布、G = 1
Rev. 0
－ 10/27 －
10123-008
–15
10123-005
200
0
–20
AD8421
データシート
15
4
G=1
G = 100
VS = ±15V
3
COMMON-MODE VOLTAGE (V)
VS = ±12V
5
0
–5
–10
VS = ±5V
2
1
VS = ±2.5V
0
–1
–10
–5
0
5
10
15
OUTPUT VOLTAGE (V)
–3
–4
10123-009
–15
–15
0
1
2
3
4
40
G=1
VS = ±5V
VS = 5V
G=1
30
3
20
2
INPUT CURRENT (mA)
VS = ±2.5V
1
0
–1
10
0
–10
–20
–2
–30
–3
–2
–1
0
1
2
3
4
OUTPUT VOLTAGE (V)
–40
–35 –30 –25 –20 –15 –10 –5
10123-010
–3
–4
0
5
10 15 20 25 30 35 40
INPUT VOLTAGE (V)
図 11.出力電圧対入力同相モード電圧
VS = ±2.5 V および±5 V (G = 1)
10123-013
COMMON-MODE VOLTAGE (V)
–1
図 13.出力電圧対入力同相モード電圧
VS = ±2.5 V および±5 V (G = 100)
4
図 14.入力過電圧性能; G = 1、+VS = 5 V、−VS = 0 V
30
15
VS = ±15V
G=1
VS = ±15V
G = 100
20
10
VS = ±12V
INPUT CURRENT (mA)
COMMON-MODE VOLTAGE (V)
–2
OUTPUT VOLTAGE (V)
図 10.出力電圧対入力同相モード電圧
VS = ±12 V および±15 V (G = 1)
5
0
–5
–10
–5
0
5
10
OUTPUT VOLTAGE (V)
15
0
–10
–30
–25
10123-011
–15
–15
10
–20
–10
–20
–15
–10
–5
0
5
10
15
20
INPUT VOLTAGE (V)
図 15.入力過電圧性能、G = 1、VS = ±15 V
図 12.出力電圧対入力同相モード電圧
VS = ±12 V および±15 V (G = 100)
Rev. 0
–3
10123-012
–2
－ 11/27 －
25
10123-014
COMMON-MODE VOLTAGE (V)
10
AD8421
データシート
40
160
VS = 5V
G = 100
30
GAIN = 1000
140
GAIN = 100
0
–10
100 GAIN = 1
80
60
–20
40
–30
20
–40
–35 –30 –25 –20 –15 –10 –5
0
5
10 15 20 25 30 35 40
INPUT VOLTAGE (V)
0
0.1
1
100
1k
FREQUENCY (Hz)
10k
100k
1M
100k
1M
図 19.正 PSRR の周波数特性
図 16.入力過電圧性能; +VS = 5 V、−VS = 0 V、G = 100
160
30
GAIN = 1000
VS = ±15V
G = 100
140 GAIN = 100
20
NEGATIVE PSRR (dB)
120
INPUT CURRENT (mA)
10
10123-018
10
10123-019
POSITIVE PSRR (dB)
120 GAIN = 10
10123-015
INPUT CURRENT (mA)
20
10
0
–10
GAIN = 10
GAIN = 1
100
80
60
40
–20
20
–15
–10
–5
0
5
10
15
20
25
INPUT VOLTAGE (V)
0
0.1
1
60
1.5
50
1.0
40
0.5
30
GAIN (dB)
70
0
–0.5
–1.5
–10
GAIN = 1000
GAIN = 100
GAIN = 10
GAIN = 1
–2.0
–20
–2.5
–12 –10 –8
–30
100
–4
–2
0
2
4
6
8
10
12
10k
10
0
14
1k
10k
100k
1M
FREQUENCY (Hz)
図 18.同相モード電圧対入力バイアス電流
Rev. 0
20
–1.0
10123-017
BIAS CURRENT (nA)
2.5
2.0
COMMON-MODE VOLTAGE (V)
100
1k
FREQUENCY (Hz)
図 20.負 PSRR の周波数特性
図 17.入力過電圧性能; VS = ±15 V、G = 100
–6
10
図 21.ゲインの周波数特性
－ 12/27 －
10M
10123-020
–20
10123-016
–30
–25
AD8421
データシート
160
REPRESENTATIVE SAMPLES
GAIN = 100
140
4
BIAS CURRENT (nA)
GAIN = 10
120
GAIN = 1
100
80
60
2
0
–2
–4
–6
1
10
100
1k
10k
100k
FREQUENCY (Hz)
–8
–40
10123-021
40
0.1
–25
–10
5
20
35
50
65
80
95
110
125
110
125
110
125
TEMPERATURE (°C)
10123-024
CMRR (dB)
6
GAIN = 1000
図 25.入力バイアス電流の温度特性
図 22.CMRR の周波数特性
100
160
GAIN = 1000
80
140
REPRESENTATIVE SAMPLES
GAIN = 1
60
CMRR (dB)
120
GAIN ERROR (µV/V)
GAIN = 100
GAIN = 10
100
GAIN = 1
80
40
20
0
–20
–40
60
1
10
100
1k
10k
100k
FREQUENCY (Hz)
–80
–40
10123-022
40
0.1
–25
–10
5
20
35
50
65
80
95
TEMPERATURE (°C)
10123-025
–60
図 26.ゲインの温度特性(G = 1)
図 23.CMRR の周波数特性、1 kΩ ソース不平衡
15
REPRESENTATIVE SAMPLES
GAIN = 1
10
1.5
CMRR (µV/V)
5
1.0
0.5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
WARM-UP TIME (Seconds)
40
45
50
–15
–40
–25
–10
5
20
35
50
65
80
95
TEMPERATURE (°C)
図 27.CMRR の温度特性(G = 1)
図 24.ウォームアップ時間対入力オフセット電圧(VOSI)変化
－ 13/27 －
10123-074
–10
–0.5
Rev. 0
0
–5
10123-023
CHANGE IN INPUT OFFSET VOLTAGE (µV)
2.0
AD8421
データシート
3.0
40
–SR
35
2.5
30
SLEW RATE (V/µs)
SUPPLY CURRENT (mA)
VS = ±15V
2.0
VS = ±5V
1.5
1.0
+SR
25
20
15
10
0.5
–10
5
20
35
50
65
80
95
110
125
TEMPERATURE (°C)
0
–40
INPUT VOLTAGE (V)
REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES
60
ISHORT+
20
0
–20
–40
–60
–80
ISHORT–
–25
–10
5
20
35
50
65
80
95
110
125
TEMPERATURE (°C)
35
50
65
80
95
110
125
–1.0
–1.5
–2.0
–2.5
+2.5
+2.0
+1.5
–40°C
+25°C
+85°C
+105°C
+125°C
+1.0
–VS
2
4
6
8
10
12
14
16
18
SUPPLY VOLTAGE (±VS)
図 29.短絡電流の温度特性、G = 1
図 32.電源電圧対入力電圧制限値
40
+VS
–0.5
OUTPUT VOLTAGE (V)
REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES
35
–SR
30
+SR
SLEW RATE (V/µs)
20
+0.5
10123-027
SHORT-CIRCUIT CURRENT (mA)
+VS
–0.5
–120
–40
5
図 31.スルーレートの温度特性、VS = ±5 V、G = 1
80
–100
–10
TEMPERATURE (°C)
図 28.電源電流の温度特性、G = 1
40
–25
10123-030
–25
10123-026
0
–40
10123-029
5
25
20
15
10
5
–1.0
–1.5
–2.0
–40°C
+25°C
+85°C
+105°C
+125°C
–2.5
+2.5
+2.0
+1.5
+1.0
5
20
35
50
65
80
95
110
125
TEMPERATURE (°C)
–VS
10123-028
–10
2
4
6
8
10
12
14
16
18
SUPPLY VOLTAGE (±VS)
図 30.スルーレートの温度特性、VS = ±15 V、G = 1
Rev. 0
0
図 33.電源電圧対出力電圧振幅、RL = 10 kΩ
－ 14/27 －
20
10123-031
+0.5
0
–40 –25
AD8421
OUTPUT VOLTAGE (V)
REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES
データシート
+VS
5
–0.5
4
GAIN = 1
–1.0
3
NONLINEARITY (ppm)
–1.5
–2.0
–40°C
+25°C
+85°C
+105°C
+125°C
–2.5
+2.5
+2.0
2
1
0
–1
–2
+1.5
–3
+1.0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
SUPPLY VOLTAGE (±VS)
–5
–10
–8
–6
–4
–2
0
2
4
6
8
10
OUTPUT VOLTAGE (V)
10123-035
0
10123-032
–VS
RL = 2kΩ
RL = 10kΩ
–4
+0.5
図 37.ゲイン非直線性、G = 1、RL = 10 kΩ、2 kΩ
図 34.電源電圧対出力電圧振幅、RL = 600 Ω
5
15
GAIN = 1
4
3
NONLINEARITY (ppm)
OUTPUT VOLTAGE SWING (V)
10
5
–40°C
+25°C
+85°C
+105°C
+125°C
0
–5
2
1
RL = 600Ω
0
–1
–2
–3
–10
1k
100k
10k
LOAD (Ω)
–5
–10
10123-033
–15
100
–8
–6
–4
–2
0
2
4
6
8
10
OUTPUT VOLTAGE (V)
10123-036
–4
図 38.ゲイン非直線性、G = 1、RL = 600 Ω
図 35.負荷抵抗対出力電圧振幅
100
+VS
GAIN = 1000
80
60
–4
NONLINEARITY (ppm)
OUTPUT VOLTAGE SWING (V)
REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES
–2
–6
–40°C
+25°C
+85°C
+105°C
+125°C
–8
+8
40
20
RL = 600Ω
0
–20
–40
+6
–60
+4
–80
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
OUTPUT CURRENT (A)
0.09
0.10
10123-034
–VS
–100
–10
–6
–4
–2
0
2
OUTPUT VOLTAGE (V)
4
6
8
10
図 39.ゲイン非直線性、G = 1000、RL = 600 Ω、VOUT = ±10 V
図 36.出力電流対出力電圧振幅
Rev. 0
–8
10123-072
+2
－ 15/27 －
AD8421
データシート
100
10k
GAIN = 1000
80
CURRENT NOISE (fA/√Hz)
NONLINEARITY (ppm)
60
40
20
RL = 600Ω
0
–20
–40
1k
100
–60
–4
–3
–2
–1
0
1
2
3
4
5
OUTPUT VOLTAGE (V)
10
0.1
10123-073
–100
–5
1
10
100
1k
10k
10123-039
–80
100k
FREQUENCY (Hz)
図 40.ゲイン非直線性、G = 1000、RL = 600 Ω、VOUT = ±5 V
図 43.電流ノイズ・スペクトル密度の周波数特性
100
GAIN = 1
GAIN = 10
10
GAIN = 1000
5pA/DIV
1
1
10
100
1k
10k
100k
FREQUENCY (Hz)
1s/DIV
10123-040
GAIN = 100
10123-037
VOLTAGE NOISE SPECTRAL DENSITY (nV/√Hz)
1k
図 44.0.1 Hz～10 Hz での電流ノイズ
図 41.RTI 電圧ノイズ・スペクトル密度の周波数特性
30
G = 1000, 40nV/DIV
OUTPUT VOLTAGE (V p-p)
25
G = 1, 1µV/DIV
20
15
10
0
10
100
1k
10k
100k
FREQUENCY (Hz)
図 42.0.1 Hz～10 Hz での RTI 電圧ノイズ、G = 1、G = 1000
Rev. 0
図 45.大信号周波数応答
－ 16/27 －
1M
10M
10123-045
1s/DIV
10123-038
5
AD8421
データシート
5V/DIV
5V/DIV
3.8µs TO 0.01%
5.76µs TO 0.001%
720ns TO 0.01%
1.12µs TO 0.001%
10123-041
1µs/DIV
4µs/DIV
図 46.大信号パルス応答とセトリング・タイム(G = 1)、
10 V ステップ、VS = ±15 V、RL = 2 kΩ、CL = 100 pF
10123-044
0.002%/DIV
0.002%/DIV
図 49.大信号パルス応答とセトリング・タイム、G = 1000、
10 V ステップ、VS = ±15 V、RL = 2 kΩ、CL = 100 pF
2500
SETTLING TIME (ns)
2000
5V/DIV
420ns TO 0.01%
604ns TO 0.001%
0.002%/DIV
1500
SETTLED TO 0.001%
1000
SETTLED TO 0.01%
GAIN = 1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
STEP SIZE (V)
図 47.大信号パルス応答とセトリング・タイム(G = 10)、
10 V ステップ、VS = ±15 V、RL = 2 kΩ、CL = 100 pF
10123-054
1µs/DIV
10123-042
500
図 50.ステップ・サイズ対セトリング・タイム、G = 1、
RL = 2 kΩ、CL = 100 pF
GAIN = 1
5V/DIV
704ns TO 0.01%
764ns TO 0.001%
50mV/DIV
図 48.大信号パルス応答とセトリング・タイム(G = 100)、
10 V ステップ、VS = ±15 V、RL = 2 kΩ、CL = 100 pF
Rev. 0
1µs/DIV
10123-046
1µs/DIV
10123-043
0.002%/DIV
図 51.小信号パルス応答(G = 1)、RL = 600 Ω、CL = 100 pF
－ 17/27 －
AD8421
データシート
1µs/DIV
10123-047
50mV/DIV
20pF 50pF
NO LOAD
100pF
G=1
50mV/DIV
1µs/DIV
10123-053
GAIN = 10
図 55.様々な容量負荷での小信号応答、G = 1、RL = ∞
図 52.小信号パルス応答(G = 10)、RL = 600 Ω、CL = 100 pF
–40
GAIN = 100
RL ≥ 600Ω
–50
VOUT = 10V p-p
–60
AMPLITUDE (dBc)
–70
–80
–90
–100
–110
–120
1µs/DIV
–140
–150
10
100
1k
10k
FREQUENCY (Hz)
図 53.小信号パルス応答(G = 100)、RL = 600 Ω、CL = 100 pF
10123-055
20mV/DIV
10123-048
–130
図 56.2 次高調波歪みの周波数特性、G = 1
–40
NO LOAD
RL = 2kΩ
RL = 600Ω
GAIN = 1000
–50
–60
VOUT = 10V p-p
AMPLITUDE (dBc)
–70
–80
–90
–100
–110
–120
–130
–140
–150
10
100
1k
10k
FREQUENCY (Hz)
図 54.小信号パルス応答(G = 1000)、RL = 600 Ω、CL = 100 pF
Rev. 0
図 57.3 次高調波歪みの周波数特性、G = 1
－ 18/27 －
10123-056
2µs/DIV
10123-049
20mV/DIV
AD8421
データシート
–40
–50
–20
NO LOAD
RL = 2kΩ
RL = 600Ω
VOUT = 10V p-p
–30
–40
=1
= 10
= 100
= 1000
VOUT = 10V p-p
RL = 2kΩ
–50
AMPLITUDE (dBc)
AMPLITUDE (dBc)
–60
G
G
G
G
–70
–80
–90
–60
–70
–80
–90
–100
–110
–100
–120
–110
1k
10k
FREQUENCY (Hz)
–140
10
10123-075
100
RL ≥ 600Ω
図 60.各周波数での THD
VOUT = 10V p-p
–50
AMPLITUDE (dBc)
–60
–70
–80
–90
–100
100
1k
10k
FREQUENCY (Hz)
10123-076
–110
–120
10
図 59.3 次高調波歪みの周波数特性、G = 1000
Rev. 0
1k
FREQUENCY (Hz)
図 58.2 次高調波歪みの周波数特性、G = 1000
–40
100
－ 19/27 －
10k
10123-077
–130
–120
10
AD8421
データシート
動作原理
+VS
I
VB
I
IB
COMPENSATION
A1
IB
COMPENSATION
A2
C1
10kΩ
+VS
C2
10kΩ
NODE 1
NODE 3
+VS
+VS
10kΩ
R2
4.95kΩ Q2
superβ
RG
ESD AND
OVERVOLTAGE
PROTECTION
+VS
–VS
10kΩ
REF
+IN
NODE 4
–VS
I
I
–VS
DIFFERENCE
AMPLIFIER STAGE
GAIN STAGE
10123-057
–IN
R1
Q1 4.95kΩ
superβ
ESD AND
OVERVOLTAGE
PROTECTION
OUTPUT
A3
NODE 2
図 61.簡略化した回路図
1 個の標準抵抗を使ってゲインを容易かつ正確に設定すること
ができます。
アーキテクチャ
AD8421 は従来型 3 オペアンプ構成を採用しています。この構成
は、差動増幅用のプリアンプと、それに続く同相モード電圧除
去用ディファレンス・アンプの 2 ステージから構成されていま
す。図 61 に、AD8421 の簡略化した回路図を示します。
回路的には、Q1、A1、R1 および Q2、A2、R2 は、高精度な電
流帰還アンプと見なすことができます。入力トランジスタ Q1
と Q2 は固定電流でバイアスされているため、入力信号に従っ
て A1 と A2 の出力電圧が変化します。入力に加えられた差動信
号は、RG ピンの両端に複製されます。RG を流れる電流と R1 と
R2 も通過するため、ノード 1 とノード 2 の間に増幅された差動
電圧が発生します。
増幅された差動モード信号と同相モード信号は、同相モード電
圧を除去しかつ増幅された差動電圧を維持するディファレン
ス・アンプに入力されます。このディファレンス・アンプでは、
オフセット電圧やドリフト、様々な負荷での歪み、出力ノイズの
ような非常に小さい出力誤差を実現する革新的な技術を採用して
います。抵抗のレーザ・トリムにより、0.01%以下のゲイン誤差
と 94 dB (G = 1)以上の CMRR を持つ非常に正確な計装アンプが
可能になっています。高性能ピン配置とデザインおよびレイア
ウトに対する特別な注意により、広い周波数範囲と広い温度範
囲で高い CMRR 性能が可能になります。
AD8421 はスーパーβ 入力トランジスタとバイアス電流補償を採
用しているため、極めて高い入力インピーダンス、小さいバイ
アス電流、低オフセット電流、低電流ノイズ、3 nV/√Hz の極め
て小さい電圧ノイズを提供します。電流制限保護方式および過
電圧保護方式により、すべてのゲインでノイズ性能を損なうこ
となく反対側電源レールから 40 V までの入力が可能になってい
ます。
AD8421 の伝達関数は次式で表されます。
VOUT = G × (V+IN − V−IN) + VREF
ゲインの選択
RG ピン間に抵抗を接続すると、AD8421 のゲインが設定されま
す。ゲインは、表 6 から、または次のゲイン式から計算するこ
とができます。
RG = 9.9 kΩ
G −1
ゲイン抵抗を使わない場合は、AD8421 は G = 1(デフォルト)に設
定されます。システムの総合ゲイン精度を求めるときは、RG 抵
抗の許容誤差とゲイン・ドリフトを AD8421 の規定値に加算して
ください。ゲイン抵抗を使用しない場合は、ゲイン誤差とゲイ
ン・ドリフトが小さくなります。
表 6.1%抵抗を使った場合のゲイン
1% Standard Table Value of RG
10 kΩ
2.49 kΩ
1.1 kΩ
523 Ω
200 Ω
100 Ω
49.9 Ω
20 Ω
10 Ω
4.99 Ω
RG の消費電力
AD8421 は、入力の差動電圧を RG 抵抗の両端に再生します。RG
の抵抗サイズは、周囲温度での予想消費電力を処理できるよう
に選択する必要があります。
ここで、G = 1 + 9.9 kΩ
RG
Rev. 0
Calculated Gain
1.99
4.98
10.00
19.93
50.50
100.0
199.4
496.0
991.0
1985
－ 20/27 －
AD8421
データシート
リファレンス・ピン
AD8421 の出力電圧は、リファレンス・ピンの電位を基準にして
発生されます。この機能は負荷でのグラウンド検出に使うこと
ができるため、CMRR を利用してグラウンド・ノイズを除去す
ることができます。あるいは出力での信号に正確なオフセット
を与えることができます。例えば、電圧源を REF ピンに接続し
て、AD8421 から単電源 ADC を駆動できるように、出力をレベ
ル・シフトさせることができます。REF ピンは ESD ダイオード
で保護されているため、+VS または−VS を 0.3 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、REF ピンへ接続するソース・インピ
ーダンスを 1 Ω より低くする必要があります。図 61 に示すよう
に、リファレンス・ピン(REF)は 10 kΩ の片側端子に接続され
ています。リファレンス・ピンにインピーダンスを追加接続す
ると、この 10 kΩ の抵抗に加算されるため、正入力に接続され
た信号が増幅されます。RREF の追加によるゲインは、次のよう
に計算することができます。
2(10 kΩ + RREF)/(20 kΩ + RREF)
正信号パスのみが増幅されて、負信号パスは影響を受けません。
増幅率が平坦でない場合、CMRR が低下します。
CORRECT
INCORRECT
AD8421
REF
AD8421
全周波数での同相モード除去比
レイアウトが正しくないと、同相モード信号が差動信号に変換
されて計装アンプに到達することがあります。このような変換
は、入力パス相互の周波数応答が異なる場合に発生します。周
波数に対して CMRR を高く維持するためには、各パスの入力ソ
ース・インピーダンスと容量が一致している必要があります。
入力パスへソース抵抗(例えば入力保護抵抗)を追加するときは、
計装アンプ入力の近くに接続して、PCB パターンの寄生容量と
この抵抗との相互作用を小さくする必要があります。
ゲイン設定ピン(RG)の寄生容量も、周波数に対する CMRR に影
響を与えます。ボード・デザインでゲイン設定ピンに部品(例え
ばスイッチまたはジャンパ)を接続する場合は、できるだけ寄生
容量の小さい部品を選ぶ必要があります。
電源とグラウンド接続
計装アンプの電源には安定な DC 電圧を使用してください。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。
0.1 µF のコンデンサを各電源ピンのできるだけ近くに配置する
必要があります。バイパス・コンデンサのリード長は高周波で
クリティカルになるため、表面実装型コンデンサの使用が推奨
されます。バイパス・グランディング内の寄生インダクタンス
は、バイパス・コンデンサにより形成される低インピーダンス
とは反対の働きをします。図 64 に示すように、10 µF のコンデ
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。
低い周波数での効果をねらった大きな値のコンデンサの場合は、
電流リターン・パスの長さは問題になりません。多くの場合、
10 µF 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。
REF
V
+VS
V
+
0.1µF
10µF
10123-058
OP1177
–
+IN
RG
VOUT
AD8421
図 62.リファレンス・ピンの駆動
LOAD
REF
–IN
AD8421 の 3 オペアンプ・アーキテクチャでは、ディファレン
ス・アンプで同相モード電圧が除去される前に、初段ステージ
のゲインが適用されます。初段ステージと 2 段目ステージの間
の内部ノード(図 61 のノード 1 とノード 2)には、増幅された信
号、同相モード信号、ダイオード電圧降下の組み合わせが加わ
ります。個々の入力信号と出力信号が制限されない場合でも、こ
の組み合わせた信号が電圧電源により制限されることがありま
す。図 10 ～図 13 にこの制限機能の詳細を示します。
レイアウト
–IN 1
8
+VS
RG 2
7
VOUT
RG 3
6
REF
+IN 4
5
–VS
AD8421
TOP VIEW
(Not to Scale)
–VS
グラウンド・プレーン層は、寄生インダクタンスを小さくする
ために役立ち、電流変化による電圧降下が小さくなります。電
流パスの面積は寄生インダクタンスの大きさに比例するため、
高周波でパスのインピーダンスにも比例します。誘導デカップ
リング・パスまたはグラウンド・リターンで電流が大きく変化
すると、このような変化がアンプ入力に混入するため悪影響を
受けます。
負荷電流は電源から流れるため、負荷はバイパス・コンデン
サ・グラウンドと同じ場所に接続する必要があります。
図 63.ピン配置
Rev. 0
10µF
図 64.電源デカップリング、REF、ローカル・グラウンド基準
の出力
10123-059
PCB レベルで AD8421 の最適性能を確保するためには、ボー
ド・レイアウトのデザインに注意が必要です。AD8421 のピンは、
このために論理的に配置されています。
0.1µF
10123-060
入力電圧範囲
－ 21/27 －
AD8421
データシート
リファレンス・ピン
AD8421 の出力電圧は、リファレンス・ピンの電位を基準にして
発生されます。REF を該当するローカル・グラウンドへ確実に
接続してください。
入力バイアス電流のリターン・パス
AD8421 の入力バイアス電流には、グラウンドへのリターン・
パスが必要です。熱電対のように信号源にリターン電流パスが
ない場合には、図 65 に示すように設ける必要があります。
最大定格を超える入力電圧
絶対最大定格の表に記載する規定値を超える電圧が AD8421 に加
わるアプリケーションでは、外付けの保護機能が必要です。この
外付けの保護機能は、過電圧の継続時間と必要とされるノイズ
性能に依存します。
過電圧が短時間の場合は、過渡電圧保護素子で十分です(例えば
メタル・オキサイド・バリスタ(MOV))。
CORRECT
+VS
+VS
+VS
+
VIN+
–
AD8421
I
AD8421
RPROTECT
+
VIN+
–
+
VIN–
–
REF
–VS
–VS
TRANSIENT PROTECTION
–VS
TRANSFORMER
I
AD8421
RPROTECT
AD8421
REF
+
–VS
VIN–
–
SIMPLE CONTINUOUS PROTECTION
TRANSFORMER
+VS
RPROTECT
+VS
AD8421
+
VIN+
–
+VS
I
AD8421
+
VIN–
–
REF
+VS
RPROTECT
+
VIN+
–
+VS
I
–VS
+VS
AD8421
RPROTECT
RPROTECT
AD8421
REF
+VS
–VS
+
VIN–
–
–VS
–VS
10MΩ
–VS
LOW NOISE CONTINUOUS
OPTION 1
–VS
THERMOCOUPLE
THERMOCOUPLE
+VS
図 67.絶対最大定格を超える入力電圧に対する入力保護オプシ
ョン
+VS
C
C
R
1
fHIGH-PASS = 2πRC
AD8421
C
AD8421
C
REF
REF
–VS
–VS
CAPACITIVELY COUPLED
CAPACITIVELY COUPLED
10123-061
R
図 65.入力バイアス電流リターン・パスの追加
電源レールを超える入力電圧
AD8421 は非常に堅固な入力を持っています。図 66 に示すよう
に、一般に入力保護機能の追加は不要です。
+VS
+
VIN+
–
過電圧が長い場合は、入力に直列な抵抗とダイオードの組み合
わせを使用してください。バイアス電流性能の低下を防止する
ため、BAV199 や FJH1100 のような低リーク・ダイオードの使用
が推奨されます。ダイオードは、アンプ入力の電圧が最大定格を
超えるのを防止し、抵抗はダイオードの電流を制限します。多く
の外付けダイオードは 100 mA 以上を容易に処理できるため、抵
抗値を大きくする必要がないので、ノイズ性能への影響は小さ
くて済みます。
ノイズ性能を少し犠牲にしますが、別のソリューションでは直
列抵抗を使います。過電圧の場合、AD8421 への入力電流は内部
で制限されます。AD8421 入力は絶対最大定格のセクションに記
載する規定値以内に維持する必要がありますが、保護抵抗の電
圧降下 I × R により、システムが耐えることができる最大電圧が
次式のように高くなります。
正入力信号の場合
VMAX_NEW = (40 V +負電源電圧) + IIN × RPROTECT
I
AD8421
負入力信号の場合
VMIN_NEW = (正電源電圧− 40 V) − IOUT × RPROTECT
–VS
MOST APPLICATIONS
10123-062
+
VIN+
–
図 66.代表的アプリケーション―入力保護機能不要
AD8421 の入力は電流制限されるため、すべてのゲインで入力保
護機能を追加することなく、反対側電源レールから 40 V までの
入力電圧が可能です。例えば、+VS = +5 V かつ−VS = −8 V の場合、
Rev. 0
LOW NOISE CONTINUOUS
OPTION 2
10123-063
INCORRECT
デバイスは安全に−35 V～+32 V の電圧に耐えることができます。
AD8421 の残りのピンは、電源電圧以内に維持する必要がありま
す。AD8421 のすべてのピンが ESD に対して保護されています。
－ 22/27 －
AD8421
データシート
過電圧性能を、図 14、図 15、図 16、図 17 に示します。AD8421
入力は、室温で最小 1 日間 40 mA の電流に耐えることができま
す。この時間は、デバイスの寿命中に累積されます。過電圧の
時間が長い場合は、外付け保護機能の使用が推奨されます。極端
な入力条件では、アンプ出力が反転します。
無線周波数干渉(RFI)
アンプが強い RF 信号が存在するアプリケーションで使われる
場合には、RF の整流がしばしば問題になります。アンプと信号
源を接続するリードまたは PCB パターンが長い場合にはこの問
題が大きくなります。外乱は、DC オフセット電圧またはパルス
列として現れます。
高周波信号は、計装アンプ入力でローパス・フィルタ回路によ
り除去することができます(図 68 参照)。
低ノイズと十分な RFI フィルタリングを実現するため、チッ
プ・フェライト・ビーズの使用が推奨されます。フェライト・
ビーズのインピーダンスは、周波数とともに増加するため、注目
する信号に影響を与えることはなく、RF 干渉がアンプに到達す
るのを防止します。また、フィルタでの大きな抵抗値も不要に
なるのに役立つので、システムの入力換算ノイズが小さくなり
ます。適切なフェライト・ビーズ値とコンデンサ値の選択は、
干渉周波数、入力リード長、RF 電力によって決まります。
最適な結果を得るためには、RFI フィルタ回路をアンプのでき
るだけ近くに配置してください。RF 信号をフィルタの後ろのパ
ターンで拾わないようにするためレイアウトは非常に重要で。
RF 干渉が強すぎて十分にフィルタできない場合は、シールドの
使用が推奨されます。
RFI フィルタに使用する抵抗は、入力保護に使用する抵抗と同
じにすることができます
+VS
0.1µF
R
+IN
33Ω
L*
アンプ・フロント・エンドの総合ノイズは、このデータシート
の 3.2 nV/√Hz 規定値より遥かに大きい影響を受けます。ノイズ
の主要成分としては、ソース抵抗、計装アンプの電圧ノイズ、
計装アンプの電流ノイズの 3 つがあります。
次の計算では、ノイズは入力換算です(RTI)。言い換えると、す
べてノイズ源がアンプ入力に存在するかのように計算されます。
アンプ出力換算(RTO)のノイズを計算するときは、RTI ノイズに
計装アンプのゲインを乗算します。
CC
1nF
CD
10nF
VOUT
AD8421
R
REF
–IN
33Ω
CC
1nF
ソース抵抗ノイズ
–VS
*CHIP FERRITE BEAD.
10123-067
10µF
0.1µF
図 68.RFI の除去
抵抗値とコンデンサ値の選択は、ノイズ、高周波での入力イン
ピーダンス、CMRR、信号帯域幅、RFI 耐性の間のトレードオフ
に依存します。RC 回路は、差動モードと同相モードの帯域幅を
次式のように制限します。
FilterFrequency DIFF 
FilterFrequency CM
SENSOR
1
2πR(2C D  CC )
R1
RG
AD8421
1

2πRCC
ここで、CD  10 CC。
CD は差動信号に有効で、CC は同相モード信号に有効です。正入
力の R×CC と負入力の R×CC との不一致は、AD8421 の CMRR 性
能を低下させます。CC の値より 1 桁大きい CD の値を使うと、
不 一致 の影響が 小さ くなるの で、 カットオ フ周 波数近く で
CMRR 性能が改善されます。
Rev. 0
AD8421 に接続されるすべてのセンサーには出力抵抗があります。
過電圧または無線周波の干渉から保護するため入力に直列に抵
抗が接続されていることもあります。この組み合わせ抵抗は、
図 69 では R1 と R2 で表してあります。いかなる抵抗でも、固有
なレベルのノイズが発生します。このノイズは、抵抗値の平方
根に比例します。室温で、この値は 4 nV/√Hz × √ ( kΩ 抵抗値)に
ほぼ等しくなります。
10123-065
L*
入力ステージ・ノイズの計算
10µF
R2
図 69.センサーのソース抵抗と保護抵抗
例えば、センサーと保護抵抗の組み合わせを正の入力で 4 kΩ と
し、負の入力で 1 kΩ とすると、入力抵抗からの総合ノイズは、
－ 23/27 －
4  4   4  1 
2
2
 64  16  8.9 nV/√Hz
AD8421
データシート
例えば、図 69 の R1 ソース抵抗を 4 kΩ とし、R2 ソース抵抗を
1 k Ω とすると、電流ノイズの総合効果は次のように計算されま
す。
計装アンプの電圧ノイズ
計装アンプの電圧ノイズは、デバイスの出力ノイズ、入力ノイ
ズ、RG 抵抗ノイズの 3 つのパラメータを使って計算されます。
次のように計算されます。
4  0.2 2  1  0.2 2
= 0.8 nV/√Hz
総合電圧ノイズ=
Output Noise/ G  Input Noise  Noise of R
2
2

G Resistor
例えば、ゲイン= 100、ゲイン抵抗= 100 Ω とすると、計装アン
プの電圧ノイズは次のようになります。
60 / 100 2  3.2 2  4 
0. 1

2
= 3.5 nV/√Hz
2
総合ノイズ密度の計算
計装アンプの入力換算総合ノイズを求めるときは、ソース抵抗
ノイズ、電圧ノイズ、電流ノイズの各成分の 2 乗和の平方根を
とります。
例えば、図 69 の R1 ソース抵抗を 4 kΩ とし、R2 ソース抵抗を
1 k Ω とし、計装アンプのゲインを 100 とすると、入力換算総合
ノイズは次のように計算されます。
計装アンプの電流ノイズ
電流ノイズは、ソース抵抗により電圧に変化されます。電流ノ
イズの影響は、計装アンプの規定電流ノイズにソース抵抗値を
乗算して計算することができます。
Rev. 0
－ 24/27 －
8. 9
2
 3.5 2  0.8 2
= 9.6 nV/√Hz
AD8421
データシート
アプリケーション情報
オペアンプの DC 性能と抵抗一致度により DC 同相モード出力精
度が影響を受けますが、このような誤差はシグナル・チェーン
内の次のデバイスで除去されるため、一般に全体システム精度
には影響がありません。
この回路は不安定になりやすいため、オペアンプの実効帯域幅
を制限するためにコンデンサを内蔵しています。アンプ対が安
定している場合、このコンデンサを削除することができます。
すべてのアンプのオープン・ループ・ゲインと位相は、製造プ
ロセスの変動と温度により変化します。抵抗負荷または容量負
荷により位相遅れが増加することがあります。安定性を保証す
るため、回路のサンプルを使って、出力ダイナミックレンジの
端で負荷を持つ回路の小信号パルス応答を評価することにより図
70 のコンデンサ値を求める必要があります。
また、周囲温度も安定性の影響を評価する予想範囲で変化させる
必要があります。AD8421 出力アンプはオペアンプより高速で応
答するため、回路を調整した後に+OUT 電圧にオーバーシュート
が残ることがあります。12 pF のコンデンサは良いスタート点に
なります。
最適な大信号 AC 性能を得るためには、AD8421 の 35 V/µs 性能
に合わせて高いスルーレートを持つオペアンプを使ってくださ
い。RC 帰還によりシステム帯域幅が制限されるため、広い帯域
幅は必須ではありません。オ ペアン プの 選択肢と して は、
AD8610、ADA4627-1、AD8510、ADA4898-1 があります。
差動出力構成
図 70 に、AD8421 に差動信号を出力させる方法を示します。
+IN
AD8421
+OUT
10kΩ
REF
12pF
10kΩ
VBIAS
+
–
OP AMP
–OUT
10123-066
–IN
図 70.オペアンプを使用した差動出力構成
差動出力電圧は、次式で決定されます。
VDIFF_OUT = V+OUT − V−OUT =ゲイン× (V+IN − V−IN)
同相モード出力は、次式で決定されます。
VCM_OUT = (V+OUT + V−OUT)/2 = VBIAS
この回路の利点は、DC 差動精度がオペアンプまたは抵抗に依存
するのではなく AD8421 に依存することです。さらに、この回
路では、AD8421 がリファレンス電圧を基準とする出力電圧とな
るように正確に制御しています。
Rev. 0
－ 25/27 －
AD8421
データシート
ルタ・カットオフを設定してください。
その他の考慮事項については、使用する ADC のデータシートを
参照してください。
ゲイン＝10 の設定で、AD8421 の電圧ノイズ RTI は約 8 nV/√Hz
です(入力ステージ・ノイズの計算のセクション参照)。フロン
トエンド・ゲインにより、入力信号に対するシステムの感度は
10 倍になり、SNR の低下はわずか 7.5 dB です。ADR435 の高い
電流出力と負荷レギュレーションを使うと、別のアナログ電源
を設けることなく、AD7685 の電源を直接リファレンスから得る
ようにすることができます。リファレンス・ピンのバッファとし
ては、低消費電力でユニティ・ゲイン安定な、約 25 nV/√Hz 以下
の広帯域ノイズを持つ高 DC 精度オペアンプ(例えば OP1177)を
使用することができます。図 71 には、適切なすべてのデカップ
リングを表示していません。アンプと ADR435 のデカップリン
グ・ガイドラインに準拠するように注意してください。
ADC の駆動
AD8421 は、クラス AB 出力ステージ、低ノイズ、低歪み、広い
帯域幅、高速スルーレートを持つため、フロントエンド・ゲイ
ン、高い CMRR、高い DC 精度を必要とするデータ・アクイジ
ション・システムでの ADC 駆動用に最適です。図 71 に、ゲイ
ン＝10 の AD8421 により、16 ビット 250 kSPS の擬似差動 SAR
ADC AD7685 を駆動する構成を示します。AD8421 と AD7685 の
間にある RC ローパス・フィルタには複数の目的があります。こ
のフィルタはダイナミック ADC 入力による大きな負荷からアン
プ出力をアイソレーションし、アンプのノイズ帯域幅を狭くし、
AD7685 アナログ入力に対する過負荷保護機能を提供します。こ
のフィルタのカットオフは経験的に求めることができます。最適
な AC 性能を実現するためには、インピーダンスを最大入力信
号周波数で 1 kΩ より大きく維持し、フルスケールのステップに
対して 1 サンプリング周期以内に½ LSB に安定するようにフィ
10Ω
+5V
+12V
ADR435
0.1µF
±250mV
+12V
10kΩ
+IN
G = 10
1.1kΩ
1µF
2.5V
10kΩ
REF
100Ω
AD8421
REF
VDD
IN+
3nF
VIO
SDI
SCK
AD7685
–IN
–12V
IN–
3- OR 4-WIRE INTERFACE
SDO
CNV
GND
2.5V
10123-070
10µF
5kΩ
図 71.AD8421 による ADC の駆動
0
SNR 81.12dB
THD –100.91dB
SFDR 90.71dB
AMPLITUDE (dB OF FULL SCALE)
–20
–40
–60
–80
–100
–120
–160
0
25
50
75
FREQUENCY (kHz)
100
125
10123-071
–140
図 72.AD7685 を駆動する AD8421 (G = 10)の代表的なスペクトル
Rev. 0
－ 26/27 －
AD8421
データシート
外形寸法
5.00 (0.1968)
4.80 (0.1890)
8
4.00 (0.1574)
3.80 (0.1497)
5
1
4
1.27 (0.0500)
BSC
0.25 (0.0098)
0.10 (0.0040)
6.20 (0.2441)
5.80 (0.2284)
1.75 (0.0688)
1.35 (0.0532)
0.51 (0.0201)
0.31 (0.0122)
COPLANARITY
0.10
SEATING
PLANE
0.50 (0.0196)
0.25 (0.0099)
45°
8°
0°
0.25 (0.0098)
0.17 (0.0067)
1.27 (0.0500)
0.40 (0.0157)
012407-A
COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-012-AA
CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS; INCH DIMENSIONS
(IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF MILLIMETER EQUIVALENTS FOR
REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN.
図 73.8 ピン標準スモール・アウトライン・パッケージ[SOIC_N]
ナローボディ
(R-8)
寸法: mm (インチ)
3.20
3.00
2.80
8
3.20
3.00
2.80
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
0.40
0.25
6°
0°
0.23
0.09
0.80
0.55
0.40
COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-AA
10-07-2009-B
0.15
0.05
COPLANARITY
0.10
図 74.8 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
AD8421ARZ
AD8421ARZ-R7
AD8421ARZ-RL
AD8421BRZ
AD8421BRZ-R7
AD8421BRZ-RL
AD8421ARMZ
AD8421ARMZ-R7
AD8421ARMZ-RL
AD8421BRMZ
AD8421BRMZ-R7
AD8421BRMZ-RL
1
Temperature Range
−40°C to +85°C
−40°C to +85°C
−40°C to +85°C
−40°C to +85°C
−40°C to +85°C
−40°C to +85°C
−40°C to +85°C
−40°C to +85°C
−40°C to +85°C
−40°C to +85°C
−40°C to +85°C
−40°C to +85°C
Package Description
8-Lead SOIC_N, standard grade
8-Lead SOIC_N, standard grade, 7” Tape and Reel,
8-Lead SOIC_N, standard grade, 13” Tape and Reel
8-Lead SOIC_N, high performance grade
8-Lead SOIC_N, high performance grade, 7” Tape and Reel
8-Lead SOIC_N, high performance grade, 13” Tape and Reel
8-Lead MSOP, standard grade
8-Lead MSOP, standard grade, 7” Tape and Reel
8-Lead MSOP, standard grade, 13” Tape and Reel
8-Lead MSOP, high performance grade
8-Lead MSOP, high performance grade, 7” Tape and Reel
8-Lead MSOP, high performance grade, 13” Tape and Reel
Z = RoHS 準拠製品。*
Rev. 0
－ 27/27 －
Package Option
R-8
R-8
R-8
R-8
R-8
R-8
RM-8
RM-8
RM-8
RM-8
RM-8
RM-8
Branding
Y49
Y49
Y49
Y4A
Y4A
Y4A