1µAオペアンプによる高精度ポータブル回路 − デザインノート 163 Mitchell Lee 、 Jim Williams わずか1µAの消費電力と高精度DC仕様で規定される新しい デュアル・オペアンプにより、高性能なポータブル・アプリ ケーションを実現できます。 LT®1495は、 375mVのオフセッ ト、 2µV/℃のドリフト、 1nAのバイアス電流、 および100dBの 開ループ利得を備えています。 これらの特性と入念な設計に より、 ポータブルな高性能回路を構築できます。 回路の内部AC結合により、A1のDC特性が総合的なDC性 能に影響を与えないよう防止し、極端に低いオフセット誤 差を達成しています。 望ましいマイクロパワー動作とA1の帯域幅のため、 5Hzのク ロック・レートが必要です。 このように、 結果として総合帯域 幅は低くなります。 フルパワー帯域幅は約1V/sのスルーレー ト時に0.05Hzです。 約5µVのクロック関連ノイズはCCOMP を増やせば低減でき、 帯域幅も同様に減少します。 5.5µA、0.05µV/℃チョップ型アンプ 図1に5.5µAの電源電流しか必要としないチョップ型アンプ を示します。 オフセット電圧は5µV、 ドリフトは0.05µV/℃で す。 大きな閉ループ利得時にも、 108を超える利得により高精 度を達成しています。 電源流出13µAの0.03%リニアV/Fコンバータ 図2の電圧/周波数コンバータは、 LT1495の低消費電力の利点 をフルに活用したものです。 0V∼2.5Vの入力により、 0.03%の 直線性、 250ppm/℃ドリフト、 および10ppm/V電源除去特性を 備えた0Hz∼10kHzの出力を生成します。 最大消費電流はわず か13µAで現在入手可能なICの1/200です。 コンパレータC1は、 D1、 D2、 および100pFのコンデンサで構成されるチャージ・ポ ンプをスイッチングして、 負入力を0Vに維持します。 A1と関連 の部品は、 チャージ・ポンプ用の温度補償リファレンスを形成し ています。 100pFコンデンサは一定の電圧まで充電されます。 したがって、 スイッチング反復レートだけが帰還を維持するた めの回路の自由要素です。 コンパレータC1は、 入力電流に精密 に比例する反復レートで電荷の均一パケットを負入力に注ぎ マイクロパワー・コンパレータC1AおよびC1Bで、2相の 5Hzクロックを形成します。 このクロックは入力関連スイッ チをドライブし、 それによってDC入力を振幅変調した波形 がA1Aの入力に現れます。AC結合されたA1Aは利得1000 を実現し、 出力を上記の変調器に類似したスイッチ式復調器 に提示します。 復調器出力は回路の入力を再生したDC増幅波形で、 DC利得 段A1Bに供給されます。A1Bの出力は利得設定抵抗を通し て入力変調器に帰還され、 アンプ全体の帰還ループを閉じま す。 アンプ利得は帰還抵抗比 （この場合は1000） で設定され ます。 φ1 、LTC、LTはリニアテクノロジー社の登録商標です。 CCOMP 0.2µF 1µF 5V + INPUT φ2 1µF A1A 1/2 LT1495 1M φ2 – 1M – A1B 1/2 LT1495 10M φ1 – 5V OUTPUT + 10k 10M 10M 10k φ1 – 0.047µF C1A 1/2 ® LTC + 1441 – 10M 10M 5V C1B 1/2 LTC1441 + – 5V φ2 GAIN: 1000 OFFSET: 5µV DRIFT: 50nV/°C SUPPLY CURRENT: 5.5µA BANDWIDTH: 0.2Hz CLOCK RATE: 5Hz CD4016 QUAD 図1. 消費電流が5.5µAの0.05µV/℃チョップ型アンプ 09/97/163 DN163 F01 270k 10M* 3.9M* 5V – 390Ω 562k* 1µF – 20M 3.9M + VIN 0V TO 2.5V A1 1/2 LT1495 + 100k 5V C1 LTC1440 0.0082µF + 1.2 REFERENCE LTC1440 12pF 1N4148 3.6M TYP SELECT FOR 100Hz AT VIN = 0.025V 360k Q1: ZTX-849 *1% METAL FILM † POLYSTYRENE D1 39k 15k Q1 100pF† 10M OUTPUT 0kHz TO 10kHz 0V – 2.5V = 0kHz – 10kHz SUPPLY CURRENT = 6.2µA QUIESCENT = 13.3µA AT f = 10kHz LINEARITY: ± 0.03% PSRR (4.4V TO 36V): 10ppm/V TEMPERATURE DRIFT: 250ppm/°C 0.05µF – 1N5712 A2 1/2 LT1495 D2 + DN163 F02 図2. 消費電流がわずか13µAの0kHz∼10kHz電圧/周波数コンバータ 込みます。 この動作により回路の出力周波数は、入力電圧に よってのみ厳密に決定されます。 シンクすることができ、 短絡時には電池を保護するために電 流制限されます。 起動または入力オーバドライブによって、 回路のAC結合帰還 をラッチすることができます。 これが発生するとC1の出力が “L” になります。 A2は10M/0.05µF遅れてこれを検出すると “H” になります。 これによって、 C1の正入力が高くなり、 Q1で負入 力を接地して通常の回路動作を開始します。 一度電源を投入したら、回路をターンオフする理由はあり ません。1個のAAAアルカリ・セルは1200mAHの容量を備 えており、これはセルの5年間の貯蔵寿命中に回路に電源 を供給するのに十分なものです。 電圧出力精度は約0.17%で、電流出力精度は約1.2%です。 R1を調整して電圧 （0.1%/kΩ） を較正し、R3を調整して出 力電流 （0.4%/kΩ） を較正します。 最後の回路は図3の独自のポータブル・リファレンスであり、 2個のAAAアルカリ・セルから16µAしか流しません。 バッテ リの寿命は5年であり、 これは貯蔵寿命と同じです。 ポータブル・リファレンス 2 AAA ALKALINE CELLS – Q1 ZTX214C 1/2 LT1495 LT1634Aのリファレンスは自己バイアスされており、問題 のあるライン・レギュレーションを完全に除去します。 LT1495オペアンプによって起動が保証されており、オペ アンプの出力は最初に負レールから11mVで飽和します。 1µAの電流出力は、R3に印加されたリファレンス電圧の一 部から送られます。 ポータブル・リファレンスの電流出力はコモンよりはるかに 低くすることができ、これはQ1の45Vの破壊電圧によって のみ制限されます。1.5V出力は最大700µAをソースまたは R4 24k 5% + バッファされた1.5V電圧出力と安定化された1.5µA電流源の2 つの出力が用意されています。 電流源の対応は約1V∼−43Vま での範囲です。 R3 249k 0.1% + 1/2 LT1495 – LT1634A-1.25 R1 TO R3: MAR5 SERIES IRC (512) 992-7900 1µA COM 1.5V R1 200k 0.1% R2 1M 0.1% DN163 F03 図3. 2個のAAAセルで5年間動作する ポータブル・リファレンス お問い合わせは当社または下記代理店まで（50 音順） 東京エレクトロンデバイス株式会社 株式会社トーメンエレクトロニクス 株式会社マクニカ 〒 224-0045 横浜市都築区東方町 1 TEL(045)474-5114 FAX(045)474-5617 〒 108-0075 東京都港区港南 1-8-27 TEL(03)5462-9615 FAX(03)5462-9695 〒 226-0006 横浜市緑区白山 1-22-2 TEL(045)939-6104 FAX(045)939-6105 リニアテクノロジー株式会社 162-0814 東京都新宿区新小川町 1-14 NAO ビル 5F TEL(03)3267-7891 FAX(03)3267-8510 http://www.linear-tech.com 0299 4K • PRINTED IN JAPAN LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 1997