ゼロ・ドリフト、双方向 電流シャント・モニタ AD8218 機能ブロック図 特長 高い同相モード電圧範囲 動作: 4 V～80 V -0.3 V～85 V サバイバル バッファ付き出力電圧 ゲイン= 20 V/V 広い動作温度範囲: −40°C～+125°C 優れた AC/DC 性能 オフセット・ドリフト: ±100 nV/°C (typ) オフセット: ±50 µV (typ) ゲイン・ドリフト: ±5 ppm/°C (typ) DC での CMRR: 110 dB (typ) VS R4 AD8218 –IN R1 OUT +IN R2 LDO R3 GND REF 09592-001 ENB 図 1. アプリケーション ハイサイド電流検出 48 V 通信機器 パワー・マネジメント 基地局 双方向モーター・コントロール 高精度高電圧電流源 概要 AD8218 は、高電圧高分解能の電流シャント・アンプであり、ゲ インは 20 V/V、最大ゲイン誤差は全温度範囲で±0.35%です。出 力電圧にはバッファが付いているため、一般的なコンバータに 直接インターフェースすることができます。AD8218 は、4 V～ 80 V で優れた入力同相モード除去比を提供します。AD8218 はモ ーター・コントロール、バッテリ・マネジメント、基地局パワ ー・アンプのバイアス制御などの多様な工業および通信アプリ ケーションでシャント抵抗の両端で双方向電流測定を行います。 AD8218 は、−40°C～+125°C の温度範囲でブレークスルー性能 を提供します。このデバイスは、全動作温度範囲と同相モード 電圧範囲で±100 nV/°C (typ)のオフセット・ドリフトを実現する ゼロ・ドリフト・コアを採用しています。0 mV～約 250 mV の 全入力差動電圧範囲で、出力直線性を維持する特別な注意が払 われています。また、AD8218 には 80 mV のリファレンス電圧 も内蔵されており、これを使うと単方向電流検出アプリケーシ ョンで最適なダイナミック範囲が得られます。入力オフセット 電圧は±50 µV (typ)です。 AD8218 は 8 ピンの MSOP パッケージを採用しています。 Rev. A 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 AD8218 目次 特長......................................................................................................1 出力のクランピング .................................................................... 10 アプリケーション ..............................................................................1 アプリケーション・ノート ............................................................ 11 機能ブロック図 ..................................................................................1 電源(VS)接続................................................................................. 11 概要......................................................................................................1 イネーブル・ピン(ENB)の動作.................................................. 11 改訂履歴..............................................................................................2 アプリケーション情報 .................................................................... 12 仕様......................................................................................................3 単方向ハイサイド電流検出 ........................................................ 12 絶対最大定格 ......................................................................................4 双方向ハイサイド電流検出 ........................................................ 12 ESDの注意 ......................................................................................4 ピン配置およびピン機能説明 ..........................................................5 代表的な性能特性 ..............................................................................6 モーター・コントロールでの電流検出..................................... 12 外形寸法............................................................................................ 13 動作原理............................................................................................10 アンプ・コア ................................................................................10 改訂履歴 2/11—Rev. 0 to Rev. A Changes to Features ..........................................................................1 1/11—Revision 0: Initial Version Rev. A － 2/13 － オーダー・ガイド ........................................................................ 13 AD8218 仕様 特に指定がない限り、TOPR = −40°C～+125°C、TA = 25°C、RL = 25 kΩ (RL は出力負荷抵抗)、入力同相モード電圧(VCM) = 4 V。 表 1. Parameter Min GAIN Initial Accuracy Accuracy over Temperature Gain vs. Temperature Typ Unit Test Conditions/Comments V/V % % ppm/°C VO ≥ 0.1 V dc, TA TOPR TOPR µV µV nV/°C 25°C TOPR TOPR 220 80 250 µA µA V mV dB TA, input common mode = 4 V, VS = 4 V TOPR, input common mode = 4 V, VS = 4 V Common-mode continuous Differential input voltage TOPR VS − 0.1 TA 2 V V Ω 80 mV Voltage at OUT with a differential input of 0 V and a common-mode input of 4 V 20 ±0.1 ±0.35 ±5 VOLTAGE OFFSET Offset Voltage (RTI1) Over Temperature (RTI1) Offset Drift ±100 INPUT Bias Current2 130 Common-Mode Input Voltage Range Differential Input Voltage Range3 Common-Mode Rejection (CMRR) OUTPUT Output Voltage Range Low Output Voltage Range High Output Impedance ±200 ±300 4 0 90 −150 VS Range (Pin 2) Quiescent Current over Temperature Power Supply Rejection Ratio (PSRR) TEMPERATURE RANGE For Specified Performance +150 ±10 1.5 µV µV/°C 1 ± 0.0001 MΩ µA V V/V 450 1 kHz V/µs 2.3 110 µV p-p nV/√Hz 3 0 DYNAMIC RESPONSE Small-Signal −3 dB Bandwidth Slew Rate NOISE 0.1 Hz to 10 Hz (RTI1) Spectral Density, 1 kHz (RTI1) POWER SUPPLY Operating Range (Pin 2 Floating) 110 0.01 INTERNAL REFERENCE (ENB PIN CONNECTED TO GND) Initial Value Offset (RTI1) Offset Drift (RTO4) REFERENCE INPUT (REF, PIN 7) Input Impedance Input Current Input Voltage Range Input-to-Output Gain Max 60 5 VS = NC or VS = 5 V Dependent on VREF/1.5 MΩ ENB not connected to GND 4 80 V Power regulated from common mode, VS pin floating 4 5.5 V VS must be less than 5.5 V if standalone supply is used 800 µA dB Throughout input common mode TOPR +125 °C 90 110 −40 1 RTI = 入力換算。 入力バイアス電流の詳細については、図 8 を参照してください。 この電流は、入力同相モード電圧に依存して変化します。 +IN ピンを流れる入力バイアス電流から内 蔵 LDO の電源も供給されます。 3 差動入力電圧は 250 mV に規定されています。これは出力が内部で 5.2 V にクランプされているためです。これにより出力電圧が一般的な ADC 入力範囲を超えないこ とが保証されるので、損傷が防止されます。 AD8218 は差動±5 V まで耐えることができますが、出力のクランプ機能のため正常に増幅できるのは約 250 mV までで す。 4 RTO = 出力換算。 2 Rev. A － 3/13 － AD8218 絶対最大定格 表 2. Parameter Rating Maximum Input Voltage ( +IN, −IN to GND) −0.3 V to 85 V Differential Input Voltage (+IN to –IN) ±5 V Human Body Model (HBM) ESD Rating Operating Temperature Range (TOPR) Storage Temperature Range ±2000 V −40°C to +125°C −65°C to +150°C Output Short-Circuit Duration Indefinite Rev. A 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。 ESDの注意 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。 － 4/13 － AD8218 +IN 1 VS 2 ENB 3 AD8218 TOP VIEW (Not to Scale) GND 4 8 –IN 7 REF 6 NC 5 OUT NC = NO CONNECT. DO NOT CONNECT TO THIS PIN. 09592-002 ピン配置およびピン機能説明 図 2.ピン配置 表 3.ピン機能の説明 ピン番号 記号 説明 1 +IN 非反転入力。 2 VS 電源ピン。標準の 0.1 μF コンデンサでバイパスします。 3 ENB 内蔵 80 mV リファレンスをイネーブルするとき GND へ接続します。 4 GND グラウンド。 5 OUT 出力。 6 NC このピンは未接続のままにしてください。 7 REF リファレンス電圧入力。低インピーダンス電圧に接続します。 8 −IN 反転入力。 Rev. A － 5/13 － AD8218 代表的な性能特性 30 40 27 38 24 36 MAGNITUDE (dB) 21 VOSI (µV) 34 32 30 18 15 12 9 28 6 26 0 20 40 60 80 100 120 140 TEMPERATURE (°C) 0 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 1M 09592-006 –20 09592-003 24 –40 3 図 6.小信号帯域幅(VOUT = 200 mV p-p) 図 3.入力オフセットの温度特性 10 140 9 8 TOTAL OUTPUT ERROR (%) 130 120 CMRR (dB) 110 100 90 –40°C +25°C +125°C 80 7 6 5 4 3 2 1 0 –1 –2 70 –3 60 –5 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 0 09592-004 1000 5 10 15 20 25 30 35 DIFFERENTIAL INPUT (mV) 40 45 50 09592-007 –4 50 100 図 7.差動入力電圧対総合出力誤差 図 4.CMRR(Typ)の周波数特性 800 500 700 +IN INPUT BIAS CURRENT (µA) 450 GAIN ERROR (ppm) 400 350 300 250 600 500 400 300 200 200 100 0 –20 0 20 40 60 TEMPERATURE (°C) 80 100 120 0 09592-005 100 –40 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) 図 8.入力同相モード電圧対入力バイアス電流 (差動入力電圧= 5 mV) (VS = NC) 図 5.ゲイン誤差(Typ)の温度特性 Rev. A 5 － 6/13 － 09592-008 –IN 150 AD8218 500 INPUT 5mV/DIV SUPPLY CURRENT (µA) 450 400 OUTPUT 350 100mV/DIV 300 –20 0 20 40 60 80 100 120 TEMPERATURE (°C) 1µs/DIV 図 9.電源電流の温度特性(VS = 5 V、VCM = 12 V) 09592-011 200 –40 09592-109 250 図 12.立下がり時間(差動入力= 10 mV) INPUT INPUT 100mV/DIV 5mV/DIV OUTPUT 2V/DIV 1µs/DIV 5µs/DIV 図 10.立上がり時間(差動入力= 10 mV) 09592-012 100mV/DIV 09592-009 OUTPUT 図 13.立下がり時間(差動入力= 200 mV) INPUT INPUT 200mV/DIV 100mV/DIV OUTPUT 2V/DIV 5µs/DIV 図 11.立上がり時間(差動入力= 200 mV) Rev. A 図 14.差動過負荷回復(立上がり) － 7/13 － 09592-013 5µs/DIV 09592-010 OUTPUT 2V/DIV AD8218 9.5 MAXIMUM OUTPUT SOURCE CURRENT (mA) INPUT 200mV/DIV OUTPUT 09592-014 2V/DIV 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 150 TEMPERATURE (°C) 図 18.最大出力ソース電流の温度特性 図 15.差動過負荷回復(立下がり) 5.010 REFERENCE RTO (mV) 81.5 81.0 80.5 80.0 79.5 0 20 40 60 80 TEMPERATURE (°C) 100 120 4.990 4.980 4.970 4.960 4.950 4.940 4.930 4.920 4.910 4.900 09592-116 –20 5.000 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 OUTPUT SOURCE CURRENT (mA) 図 16.内蔵リファレンス電圧の温度特性 (VS = 5 V、VS = NC、VCM = 12 V、ピン 1 (+IN)とピン 8 (−IN)を 短絡、ピン 3 (ENB)とピン 4 (GND)を短絡) 09592-017 OUTPUT VOLTAGE SWING FROM RAIL (V) 82.0 79.0 –40 09592-016 140 130 110 120 90 100 80 70 60 50 40 30 20 0 10 –10 –20 –30 4.0 –40 5µs/DIV 9.0 図 19.出力ソース電流対電源レールからの出力電圧変化 OUTPUT VOLTAGE RANGE FROM GND (V) 250 11.5 11.0 10.5 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 150 100 50 6.0 0 5.5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 TEMPERATURE (°C) 09592-015 0 5.0 –40 –30 –20 –10 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 OUTPUT SINK CURRENT (mA) 4.0 4.5 5.0 図 20.出力シンク電流対 GND 基準の出力電圧範囲 図 17.最大出力シンク電流の温度特性 Rev. A 200 － 8/13 － 09592-018 MAXIMUM OUTPUT SINK CURRENT (mA) 12.0 AD8218 500 INPUT 400 COUNT 50V/DIV OUTPUT 300 200 1V/DIV 500ns/DIV 0 –4 09592-022 09592-019 100 –3 –2 –1 0 2 1 3 4 GAIN DRIFT (ppm/°C) 図 21.同相モード・ステップ応答(立上がり) 図 24.ゲイン・ドリフトの分布 140 INPUT 120 50V/DIV 100 COUNT OUTPUT 1V/DIV 80 60 40 1µs/DIV 0 –0.6 09592-023 09592-020 20 –0.2 –0.4 0 0.4 0.2 0.6 OFFSET DRIFT (µV/°C) 図 22.同相モード・ステップ応答(立下がり) 図 25.入力オフセット・ドリフトの分布 180 250 150 200 COUNT COUNT 120 90 150 100 60 09592-021 0 –200 –100 0 100 0 200 –5 VOSI (µV) 0 5 10 INTERNAL REF OFFSET DRIFT (µV/°C) 図 23.入力オフセットの分布 Rev. A 09592-024 50 30 図 26.内蔵 REF オフセット・ドリフトの分布 出力換算(RTO) － 9/13 － 15 AD8218 動作原理 AD8218 は、ディファレンス・アンプとして使用しています。 伝達関数は次式で表されます。 アンプ・コア 一般的なアプリケーションでは、AD8218 はシャント抵抗を流れ る負荷電流により発生する小さな差動入力電圧を増幅します。 AD8218 は高い同相モード電圧(最大 80 V)を除去して、グラウン ド基準のバッファされた出力を提供します。図 27 に、AD8218 の簡略化した回路図を示します。 5V ILOAD VS ICHARGE AD8218 は入力差動信号を正確に増幅し、4 V～80 V の範囲の高 電圧同相モードを除去します。 メイン・アンプでは、新しいゼロ・ドリフト・アーキテクチャを 採用して、温度安定性のブレークスルーを提供します。オフセ ット・ドリフトは±100 nV/°C (typ)以下であり、これにより最適 な精度とダイナミックレンジが実現されています。 R1 V2 OUT SHUNT +IN V1 4V TO 80V R2 LDO R3 ENB 出力のクランピング REF GND VREF 図 27.簡略化した回路図 Rev. A 09592-027 LOAD 抵抗 R4 と R1 は 0.01%以内で一致し、値はそれぞれ 1.5 MΩ と 75 kΩ です。これは、AD8218 の入力から出力までの全ゲインが 20 V/V であることを意味します。V1 と V2 との電位差はシャン ト抵抗両端の電圧(VIN)になります。このため、AD8218 の入力 と出力の間の伝達関数は、 OUT (V) = (20 × VIN) + VREF GND R4 AD8218 –IN CF OUT = ((R4/R1) × (V1 − V2)) + VREF アプリケーション内で入力同相モード電圧が 5.2 V を超えると、 AD8218 の内蔵 LDO 出力も最大値 5.2 V に到達するため、これ が AD8218 の最大出力範囲になります。一般的なアプリケーシ ョンでは、AD8218 出力はコンバータにインターフェースされ ますが、AD8218 出力電圧が 5.2 V にクランプされるため、ADC 入力は過電圧により損傷を受けることはありません。 － 10/13 － AD8218 アプリケーション・ノート イネーブル・ピン(ENB)の動作 電源(VS)接続 AD8218 はLDOを内蔵しているため、VSピンを未接続のままに して、別電源をピン 1 (+IN)に接続してデバイスへ電源を直接供 給することができます。ただし、この電圧は 4 V～80 Vの範囲 である必要があります。この構成でのデバイスの代表的な接続 を 図 28 に示します。 ILOAD BATTERY ICHARGE 4V TO 80V SHUNT LOAD +IN –IN VS REF 09592-028 ICHARGE ILOAD SHUNT VS REF OUT 図 30.内蔵 80 mV リファレンス電圧のイネーブル この構成では、内蔵 80 mV リファレンス電圧がアクティブにな り、差動入力電圧が 0 V でかつピン 7 (REF)の電圧が 0 V のとき、 AD8218 出力が 80 mV になります。この内蔵リファレンスは、被 モニタ電流の範囲が広い単方向電流測定で便利です。出力スター ト・ポイントを 80 mV に設定することは、シャント抵抗を流れ る負荷電流が 0 A のとき、出力が 80 mV になることを意味しま す。これにより、初期オフセットとアンプの出力サチレーショ ン範囲から発生する出力誤差が解消されます。このモードでは、 AD8218 の伝達関数は次式で表されます。 OUT (V) = OUT (V) = (20 × VIN) + 0.08 V LOAD +IN –IN VS REF AD8218 ピン 3 をグラウンドに接続して、内蔵リファレンス電圧をイネ ーブルする場合は、AD8218 の伝達関数に常に 80 mV を加算す る必要があります。 2.5V OUT ENB 09592-029 GND 図 29.5 V 電源による動作 Rev. A –IN OUT 別の低インピーダンス電源をピン 2 (VS)に接続してAD8218 の電 源を供給することができますが、この電圧範囲は 4 V～5.5 Vで ある必要があります。高電圧バスがノイズ、過渡電圧、または 高電圧変動に対して弱く、かつ 5 V電源が使用可能な場合は、 AD8218 を 図 29 に示すモードで使用することができます。 5V LOAD +IN GND 図 28.VS 未接続のままでの動作 CF SHUNT ENB 2.5V GND 4V TO 80V 4V TO 80V AD8218 AD8218 ENB BATTERY ILOAD 09592-030 BATTERY AD8218 には、ピン 3 (ENB)とグラウンドを接続してイネーブル できるリファレンス電圧が内蔵されています。この動作モード を 図 30 に示します。 － 11/13 － AD8218 アプリケーション情報 単方向ハイサイド電流検出 R1 –IN V2 OUT SHUNT +IN LOAD V1 R2 BATTERY (4V TO 80V) ENB VS ILOAD R1 V2 R2 ENB LDO R3 2.5 Vのリファレンス電圧入力を使う双方向動作の出力伝達関数 カーブを 図 34 に示します。 REF GND 5.0 09592-031 V1 BATTERY (4V TO 80V) 図 33.2.5 V のリファレンス電圧入力を使用する双方向動作 OUT SHUNT +IN LOAD GND 2.5V 09592-033 –IN R3 LDO REF R4 AD8218 R4 AD8218 単方向ハイ・サイド電流検出構成では、シャント抵抗の基準を バッテリにします(図 31 参照)。高電圧が電流検出アンプに入力 されます。シャントがバッテリを基準とする場合、AD8218 はリ ニアなグラウンド基準のアナログ出力を発生します。AD8218 電 源ピン(VS)は 5 V電源に接続するか、または未接続のままにする ことができます(電源(VS)接続のセクション参照)。 4.5 4.0 OUTPUT VOLTAGE (V) 図 31. ENB と GND を接続した単方向動作 ENBとGNDを接続した、単方向動作の出力伝達関数のカーブを 図 32 に示します。 320 280 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 240 0.5 0 –0.15 160 –0.10 –0.05 0 0.05 0.10 0.15 INPUT VOLTAGE (V) 120 09592-034 200 図 34.2.5 V のリファレンス電圧入力を使用した場合の伝達関数 80 モーター・コントロールでの電流検出 40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 INPUT VOLTAGE (mV) AD8218 は、モーター・コントロール・アプリケーションでの ハイサイド電流検出に対して実用的で正確なソリューションを 提供します。バッテリをシャント抵抗の基準とし、かつ電流が 双方向に流れる場合(図 35 参照)、AD8218 は電源ピンの追加な しで電流をモニタすることができます。 09592-032 0 図 32.ENB と GND を接続したときの出力伝達関数 BATTERY 双方向ハイサイド電流検出 ピン 7 (REF)に電圧を入力すると、AD8218 出力にオフセットを与 えて双方向電流検出が可能になります。REFピンから出力までの 伝達関数は 1 V/Vになります。例えば、2.5 VのREF入力では、 AD8218 出力が 2.5 Vにオフセットされます。代表的な接続を 図 33 に示します。ピン 7 (REF)に加える電圧は、低インピーダン ス・ソースである必要があります。 IMOTOR +IN –IN VS REF AD8218 MOTOR VREF OUT ENB GND 09592-035 OUTPUT VOLTAGE (mV) VS ILOAD 図 35.モーター・コントロールでのハイサイド電流検出 Rev. A － 12/13 － AD8218 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 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 36.8 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 AD8218BRMZ AD8218BRMZ-RL −40°C to +125°C −40°C to +125°C 8-Lead Mini Small Outline Package [MSOP] 8-Lead Mini Small Outline Package [MSOP] RM-8 RM-8 Y3K Y3K 1 Z = RoHS 準拠製品 Rev. A － 13/13 －