1nV/√Hz 低ノイズ 210°C計装アンプ AD8229 210°C 動作用にデザイン 低ノイズ 入力ノイズ: 1 nV/√Hz 出力ノイズ: 45 nV/√Hz 高い CMRR G = 100 での最小 CMRR: 126 dB G = 1、5 kHz までの最小 CMRR: 80 dB 優れた AC 仕様 帯域幅: 15 MHz (G = 1) 帯域幅: 1.2 MHz (G = 100) スルーレート: 22 V/μs THD: 130 dB (1 kHz、G = 1) 汎用性 両電源動作: ±4 V~±17 V 1 本の抵抗でゲイン設定(G = 1~1000) 温度範囲: −40°C~+210°C 1 RG AD8229 8 +VS 2 7 VOUT RG 3 6 REF +IN 4 5 –VS TOP VIEW (Not to Scale) 図 1. 100 80 60 VOSI (µV) 40 20 0 –20 –40 アプリケーション –60 ダウンホール計装 厳しい環境でのデータ・アクイジション 排気ガス測定 振動解析 –100 –55 –35 –15 5 25 45 65 85 105 125 145 165 185 205 225 TEMPERATURE (°C) 09412-016 –80 概要 図 2.入力オフセット(typ)の温度特性(G = 100) AD8229 は、大きな同相モード電圧と高温の中で小さい信号を 計測するためにデザインされた超低ノイズ計装アンプです。 AD8229 は、高温動作向けにデザインされています。製造プロ セスは、高温でのリーク電流を防止する絶縁体アイソレーショ ンを採用しています。デザイン・アーキテクチャは、高温での VBE 電圧低下を補償するように選択されています。長時間信頼 性を強化するため、パッケージ内のワイヤー・ボンディングは、 高温での合金吸収をなくするようにデザインされています。 AD8229 は、小さい信号の識別に優れています。このデバイス は、業界をリードする 1 nV/√Hz の入力ノイズ性能を提供します。 AD8229 は高い CMRR を持つため、不要な信号によりアクイジ ションが妨害されるのを防止します。ゲインが高いほど CMRR が大きくなるため、最も必要とされる場合に高い除去比が得ら れます。 Rev. 0 –IN 09412-001 機能ブロック図 特長 AD8229 は販売されている最高速計装アンプの 1 つです。このデ バイスの電流帰還アーキテクチャでは、高いゲインでも非常に 広い帯域幅を提供しています。例えば、G = 100 で 1.2 MHz です。 広い帯域幅から優れた歪み性能が得られるため、振動解析など の厳しいアプリケーションでの使用が可能になっています。 ゲインは、1 本の抵抗で 1~1000 の範囲で設定できます。REF ピンを使うと、出力電圧をオフセットさせることができます。 この機能は、A/D コンバータとインターフェースさせる際に便 利です。 AD8229 は、8 ピン・セラミック DIP 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、 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 AD8229 目次 特長......................................................................................................1 ゲインの選択................................................................................ 17 アプリケーション ..............................................................................1 REFピン ........................................................................................ 17 概要......................................................................................................1 入力電圧範囲................................................................................ 18 機能ブロック図 ..................................................................................1 レイアウト.................................................................................... 18 改訂履歴..............................................................................................2 入力バイアス電流のリターン・パス ........................................ 19 仕様......................................................................................................3 入力保護........................................................................................ 19 絶対最大定格 ......................................................................................6 無線周波数干渉(RFI) ................................................................... 19 熱抵抗..............................................................................................6 ESDの注意 ......................................................................................6 ピン配置およびピン機能説明 ..........................................................7 入力ステージ・ノイズの計算 .................................................... 20 外形寸法............................................................................................ 21 代表的な性能特性 ..............................................................................8 動作原理............................................................................................17 アーキテクチャ ............................................................................17 改訂履歴 1/11—Revision 0: Initial Version Rev. 0 - 2/21 - オーダー・ガイド ........................................................................ 21 AD8229 仕様 特に指定がない限り、+VS = 15 V、−VS = −15 V、VREF = 0 V、TA = 25°C、G = 1、RL = 10 kΩ。 表 1. DIP package Parameter Test Conditions Min Typ Max Unit 300 nV/V/°C COMMON-MODE REJECTION RATIO (CMRR) CMRR DC to 60 Hz with 1 kΩ Source Imbalance G=1 Temperature Drift VCM = ±10 V 86 G = 10 Temperature Drift 106 G = 1000 dB TA = −40°C to +210°C G = 100 Temperature Drift dB TA = −40°C to +210°C 30 126 dB TA = −40°C to +210°C 3 nV/V/°C 134 dB G=1 80 dB G = 10 90 dB G = 100 90 dB 90 dB CMRR at 5 kHz TA = −40°C to +210°C nV/V/°C VCM = ±10 V G = 1000 VOLTAGE NOISE VIN+, VIN− = 0 V Spectral Density1: 1 kHz Input Voltage Noise, eni 1 1.1 nV/√Hz Output Voltage Noise, eno 45 50 nV/√Hz Peak to Peak: 0.1 Hz to 10 Hz G=1 2 µV p-p G = 1000 100 nV p-p Spectral Density: 1 kHz 1.5 pA/√Hz Peak to Peak: 0.1 Hz to 10 Hz 100 pA p-p CURRENT NOISE VOLTAGE OFFSET VOS = VOSI + VOSO/G Input Offset, VOSI Average TC −40°C to +210°C 0.1 Output Offset, VOSO Average TC Offset RTI vs. Supply (PSR) −40°C to +210°C 3 100 µV 1 µV/°C 1000 µV 10 µV/°C VS = ±5 V to ±15 V G=1 −40°C to +210°C 86 dB G = 10 G = 100 −40°C to +210°C −40°C to +210°C 106 126 dB dB G = 1000 −40°C to +210°C 130 dB INPUT CURRENT Input Bias Current High Temperature 70 nA TA = 210°C 200 nA 35 nA TA = 210°C 50 nA Input Offset Current High Temperature Rev. 0 - 3/21 - AD8229 DIP package Parameter Test Conditions Min Typ Max Unit DYNAMIC RESPONSE Small Signal Bandwidth – 3 dB G=1 G = 10 15 4 MHz MHz G = 100 1.2 MHz G = 1000 0.15 MHz Settling Time 0.01% 10 V step G=1 0.75 µs G = 10 0.65 µs G = 100 0.85 µs G = 1000 5 µs G=1 0.9 µs G = 10 0.9 µs G = 100 1.2 µs G = 1000 7 µs 22 V/µs Settling Time 0.001% 10 V step Slew Rate G = 1 to 100 GAIN2 G = 1 + (6 kΩ/RG) Gain Range Gain Error 1 1000 V/V % VOUT = ±10 V G=1 0.01 0.03 G = 10 0.05 0.3 % G = 100 0.05 0.3 % 0.1 0.3 % G = 1000 Gain Nonlinearity G = 1 to 1000 VOUT = −10 V to +10 V RL = 10 kΩ 2 G=1 −40°C to +210°C 2 G > 10 −40°C to +210°C ppm Gain vs. Temperature 5 ppm/°C −100 ppm/°C INPUT Impedance (Pin to Ground)3 Input Operating Voltage Range4 Over Temperature 1.5||3 GΩ||pF VS = ±5 V to ±18 V for dual supplies −40°C to +210°C −VS + 2.8 +VS − 2.5 V −VS + 2.8 +VS − 2.5 V RL = 2 kΩ −VS + 1.9 +Vs − 1.5 V OUTPUT Output Swing High Temperature Output Swing High Temperature TA = 210°C −VS + 1.1 +Vs − 1.1 V RL = 10 kΩ −VS + 1.8 +Vs − 1.2 V TA = 210°C −VS + 1.1 +Vs − 1.1 V Short-Circuit Current 35 mA REFERENCE INPUT RIN IIN VIN+, VIN− = 0 V Voltage Range 10 kΩ 70 µA −VS +VS V Reference Gain to Output 1 V/V Reference Gain Error 0.01 % Rev. 0 - 4/21 - AD8229 DIP package Parameter Test Conditions Min Typ Max Unit ±17 V 7 mA 12 mA +210 °C POWER SUPPLY Operating Range ±4 Quiescent Current High Temperature 6.7 T = 210°C TEMPERATURE RANGE For Specified Performance5 −40 1 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。 これらの規定値には、外付けゲイン設定抵抗 RG の偏差は含まれません。 G>1 の場合、RG 誤差をこの表の規定値に加算する必要があります。 3 差動および同相モード入力インピーダンスは、ピン・インピーダンス ZDIFF = 2(ZPIN)、ZCM = ZPIN/2 から計算することができます。 4 AD8229 入力ステージのみの入力電圧範囲。 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します。 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。 5 210°C での性能は、1000 時間保証します。 2 Rev. 0 - 5/21 - AD8229 絶対最大定格 表 2. Parameter Rating Supply Voltage Output Short-Circuit Current Duration Maximum Voltage at –IN, +IN1 Differential Input Voltage1 Gain ≤ 4 4 > Gain > 50 Gain ≥ 50 Maximum Voltage at REF Storage Temperature Range CERDIP Specified Temperature Range CERDIP Maximum Junction Temperature CERDIP ±17 V Indefinite ±VS 1 熱抵抗 θJA は、自然空冷のデバイスで規定。 表 3. ±VS ±50 V/Gain ±1 V ±VS θJA Unit 8-Lead, Size Brazed, CERDIP, 4-Layer JEDEC Board 100 °C/W ESDの注意 −65°C to +150°C −40°C to +210°C 245°C 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、アプリケーショ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 Package - 6/21 - 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。 AD8229 AD8229 –IN 1 8 +VS RG 2 7 VOUT RG 3 6 REF +IN 4 5 –VS TOP VIEW (Not to Scale) 09412-003 ピン配置およびピン機能説明 図 3.ピン配置 表 4.ピン機能の説明 ピン番号 記号 説明 1 −IN 負の入力ピン。 2、3 RG ゲイン設定ピン。RG ピンに抵抗を接続してゲインを設定します。G = 1 + (6 kΩ/RG)。 4 +IN 正の入力ピン。 5 −VS 負の電源ピン。 6 REF リファレンス電圧ピン。このピン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させます。 7 VOUT 出力ピン。 8 +VS 正の電源ピン。 Rev. 0 - 7/21 - AD8229 代表的な性能特性 特に指定がない限り、T = 25°C、VS = ±15 V、VREF = 0、RL = 2 kΩ。 60 N: 200 MEAN: 12.2 σ: 8.2 60 N: 201 MEAN: 4.0 σ: 0.7 50 50 40 30 20 20 10 10 0 –60 –40 –20 0 VOSI ±15V (µV) 20 60 40 0 0 2 図 4.入力オフセット電圧の分布 8 図 7.入力オフセット電流の分布 N: 200 MEAN: 0.9 σ: 161.2 35 4 6 IBIAS OFFSET (nA) 09412-007 HITS 30 09412-004 HITS 40 N: 200 MEAN: 10.9 σ: 3.7 120 30 100 25 HITS HITS 80 20 60 15 40 10 –400 –200 0 200 VOSO ±15V (µV) 400 600 800 0 –60 09412-005 35 HITS 20 N: 198 MEAN: –9.1 σ: 9.9 20 15 15 10 10 5 5 –40 –30 –20 –10 0 10 20 30 09412-006 HITS 60 25 IBIAS (nA) 図 6.入力バイアス電流の分布 Rev. 0 40 30 25 0 –50 20 35 N: 200 MEAN: –10.1 σ: 6.9 30 0 図 8.同相モード除去比(typ)の分布、G = 1 N: 200 MEAN: –6.1 σ: 6.7 INVERTING NONINVERTING –20 CMRR G1 (µV/V) 図 5.出力オフセット電圧の分布 40 –40 0 –60 –40 –20 0 20 NINV G ERROR G1 10K ±15V (µV/V) 図 9.ゲイン誤差(Typ)の分布、G = 1 - 8/21 - 09412-015 0 –600 09412-008 20 5 AD8229 3 3 G = 1, VS = ±5V 25°C 210°C 2 COMMON-MODE VOLTAGE (V) 1 0 –1 –2 1 0 –1 –2 –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 4 5 OUTPUT VOLTAGE (V) –3 –5 09412-009 25°C 210°C COMMON-MODE VOLTAGE (V) COMMON-MODE VOLTAGE (V) 0 1 2 3 4 5 8 4 2 0 –2 –4 –6 –8 6 4 2 0 –2 –4 –6 25°C 210°C –8 G = 100, VS = ±12V –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 12 OUTPUT VOLTAGE (V) –10 –12 –10 09412-010 –10 –12 –10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 12 15 OUTPUT VOLTAGE (V) 図 11.出力電圧対入力同相モード電圧 両電源、VS = ±12 V、G = 1 図 14.出力電圧対入力同相モード電圧 両電源、VS = ±12 V、G = 100 14 14 25°C 210°C G = 1, VS = ±15V 10 12 10 COMMON-MODE VOLTAGE (V) 8 COMMON-MODE VOLTAGE (V) –1 10 G = 1, VS = ±12V 6 6 4 2 0 –2 –4 –6 –8 8 6 4 2 0 –2 –4 –6 –8 –10 –12 –12 –14 –15 –14 –15 –10 –5 0 5 10 OUTPUT VOLTAGE (V) 15 09412-011 –10 25°C 210°C G = 100, VS = ±15V –10 –5 0 5 10 OUTPUT VOLTAGE (V) 図 12.出力電圧対入力同相モード電圧 両電源、VS = ±15 V、G = 1 Rev. 0 –2 図 13.出力電圧対入力同相モード電圧 両電源、VS = ±5 V、G = 100 10 12 –3 OUTPUT VOLTAGE (V) 図 10.出力電圧対入力同相モード電圧 両電源、VS = ±5 V、G = 1 8 –4 09412-013 –3 –5 09412-012 25°C 210°C G = 100, VS = ±5V 09412-014 COMMON-MODE VOLTAGE (V) 2 図 15.出力電圧対入力同相モード電圧 両電源、VS = ±15 V、G = 100 - 9/21 - 0 70 –5 60 –10 50 GAIN = 100 40 GAIN (dB) –20 –25 12.60V GAIN = 10 20 10 –35 0 –40 –10 –45 –20 –50 –14 –12 –10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 12 14 COMMON-MODE VOLTAGE (V) GAIN = 1 –30 100 1k 10k 図 16.同相モード電圧対入力バイアス電流 160 100 100 CMRR (dB) 120 80 60 20 20 100 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) BANDWIDTH LIMITED 60 40 10 0 1 CMRR (dB) 100 80 60 60 40 20 20 100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 100k 1M 0 1 10 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 図 21.CMRR の周波数特性、1 kΩ ソース不平衡 図 18.負 PSRR の周波数特性 Rev. 0 100k 1M BANDWIDTH LIMITED GAIN = 1000 GAIN = 100 GAIN = 10 GAIN = 1 80 40 09412-070 NEGATIVE PSRR 100 10 10k 140 120 1 1k 160 120 0 100 図 20.CMRR の周波数特性 GAIN = 1000 GAIN = 100 GAIN = 10 GAIN = 1 140 10 FREQUENCY (Hz) 図 17.正 PSRR の周波数特性 160 100M 80 40 1 10M GAIN = 1000 GAIN = 100 GAIN = 10 GAIN = 1 140 09412-069 NEGATIVE PSRR 160 120 0 1M 図 19.ゲインの周波数特性 GAIN = 1000 GAIN = 100 GAIN = 10 GAIN = 1 140 100k FREQUENCY (Hz) 09412-018 –30 30 09412-017 –12.28V VS = ±15V GAIN = 1000 - 10/21 - 1M 09412-019 –15 09412-068 INPUT BIAS CURRENT (nA) AD8229 12 20 10 15 8 10 CMRR (µV/V) 6 4 0 2 –5 230 09412-023 215 200 185 170 155 140 125 95 図 25.CMRR の温度特性、G = 1、25°C で正規化 10 12 8 INPUT BIAS CURRENT 0 2 0 –2 –50 –4 –100 –6 –150 8 6 4 2 –8 0 –55 –25 5 35 65 95 125 155 185 215 –40 –10 20 50 80 110 140 170 200 230 TEMPERATURE (°C) 09412-072 –10 –200 –55 –25 5 35 65 95 125 155 185 215 –40 –10 20 50 80 110 140 170 200 230 TEMPERATURE (°C) 図 23.入力バイアス電流と入力オフセット電流の温度特性 図 26.電源電流の温度特性、G = 1 150 50 40 50 30 SHORT CIRCUIT CURRENT (mA) 100 0 –50 –100 –150 –200 09412-073 図 24.ゲイン誤差の温度特性、G = 1、25°C で正規化 Rev. 0 ISHORT+ 20 10 0 –10 –20 –30 –40 –250 –55 –25 5 35 65 95 125 155 185 215 –40 –10 20 50 80 110 140 170 200 230 TEMPERATURE (°C) 09412-074 4 50 10 ISHORT– –50 –55 –25 5 35 65 95 125 155 185 215 –40 –10 20 50 80 110 140 170 200 230 TEMPERATURE (°C) 図 27.短絡電流の温度特性、G = 1 - 11/21 - 09412-075 6 SUPPLY CURRENT (mA) INPUT OFFSET CURRENT 100 INPUT OFFSET CURRENT (nA) 150 GAIN ERROR (µV/V) 80 TEMPERATURE (°C) 図 22.ウォームアップ時間対入力オフセット電圧(VOSI)変化 200 110 WARM-UP TIME (s) –10 65 700 50 600 35 500 20 400 –5 300 –10 200 –25 100 –55 0 09412-071 0 INPUT BIAS CURRENT (nA) 5 –40 CHANGE IN INPUT OFFSET VOLTAGE (µV) AD8229 AD8229 30 +VS –0.4 OUTPUT VOLTAGE SWING (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES +SR 25 –SR SLEW RATE (V/μs) 20 15 10 5 –0.8 –1.2 –55°C +125°C –40°C +150°C +25°C +210°C +85°C +225°C +2.0 +1.6 +1.2 +0.8 09412-076 –VS 6 8 10 12 14 16 18 SUPPLY VOLTAGE (±VS) 図 28.スルーレートの温度特性、VS = ±15 V、G = 1 25 4 09412-029 +0.4 0 –55 –25 5 35 65 95 125 155 185 215 –40 –10 20 50 80 110 140 170 200 230 TEMPERATURE (°C) 図 31.電源電圧対出力電圧振幅、RL = 10 kΩ +VS +SR –0.4 SLEW RATE (V/μs) OUTPUT VOLTAGE SWING (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES –SR 20 15 10 5 –0.8 –1.2 –55°C +125°C –40°C +150°C +25°C +210°C +85°C +225°C +2.0 +1.6 +1.2 +0.8 –VS 09412-077 0 –55 –25 5 35 65 95 125 155 185 215 –40 –10 20 50 80 110 140 170 200 230 TEMPERATURE (°C) 4 15 +85°C +225°C 12 14 16 18 VS = ±15V –55°C –40°C +25°C +85°C +125°C +150°C +210°C +225°C 10 –1.0 OUTPUT VOLTAGE SWING (V) INPUT VOLTAGE (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES –0.5 +25°C +210°C 10 図 32.電源電圧対出力電圧振幅、RL = 2 kΩ +VS –40°C +150°C 8 SUPPLY VOLTAGE (±VS) 図 29.スルーレートの温度特性、VS = ±5 V、G = 1 –55°C +125°C 6 09412-030 +0.4 –1.5 –2.0 –2.5 +2.5 +2.0 +1.5 +1.0 5 0 –5 –10 4 6 8 10 12 14 SUPPLY VOLTAGE (±VS) 16 18 1k 10k LOAD (Ω) 図 33.負荷抵抗対出力電圧振幅 図 30.電源電圧対入力電圧制限値 Rev. 0 –15 100 - 12/21 - 100k 09412-031 –VS 09412-028 +1.5 AD8229 1000 +VS VS = ±15V OUTPUT VOLTAGE SWING (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES –0.4 –0.8 100 –1.2 –55°C +125°C –40°C +150°C +25°C +210°C NOISE (nV/√Hz) –1.6 +85°C +225°C +1.8 +1.6 +1.2 GAIN = 1 10 GAIN = 10 GAIN = 100 1 +0.8 GAIN = 1000 100μ 1m 5m OUTPUT CURRENT (A) 0.1 09412-032 –VS 10μ 1 10 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 図 34.出力電流対出力電圧振幅 09412-037 +0.4 図 37.電圧ノイズ・スペクトル密度の周波数特性 10 GAIN = 1 8 GAIN = 1000, 100nV/DIV NONLINEARITY (ppm/DIV) 6 4 2 GAIN = 1, 2μV/DIV 0 –2 –4 –8 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 OUTPUT VOLTAGE (V) 09412-083 1s/DIV –10 –10 09412-086 –6 図 38.0.1 Hz~10 Hz での RTI 電圧ノイズ G = 1、G = 1000 図 35.ゲイン非直線性、G = 1、RL = 10 kΩ 10 16 GAIN = 1000 15 8 13 4 12 NOISE (pA/√Hz) NONLINEARITY (ppm/DIV) 14 6 2 0 –2 –4 11 10 9 8 7 6 5 –6 4 –8 3 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 OUTPUT VOLTAGE (V) 10 図 36.ゲイン非直線性、G = 1000、RL = 10 kΩ Rev. 0 1 1 10 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 図 39.電流ノイズ・スペクトル密度の周波数特性 - 13/21 - 09412-087 2 –8 09412-084 –10 –10 AD8229 5V/DIV 640ns TO 0.01% 896ns TO 0.001% 1s/DIV 2µs/DIV TIME (µs) 09412-091 50pA/DIV 09412-088 0.002%/DIV 図 40.1 Hz~10 Hz での電流ノイズ 図 43.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 30 VS = ±15V G=1 25°C 210°C 20 10 VS = ±5V 0 100 1k 10k 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) 09412-048 5 175°C 225°C 50mV/DIV 15 09412-089 OUTPUT VOLTAGE (V p-p) 25 G=1 図 41.大信号周波数応答 1μs/DIV 図 44.小信号応答、G = 1、RL = 10 kΩ、CL = 100 pF G = 10 5V/DIV 20mV/DIV 750ns TO 0.01% 872ns TO 0.001% 0.002%/DIV 09412-090 2µs/DIV TIME (µs) 1μs/DIV 図 42.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 Rev. 0 175°C 225°C 09412-049 25°C 210°C 図 45.小信号応答、G = 10、RL = 10 kΩ、CL = 100 pF - 14/21 - AD8229 25°C 175°C 210°C 225°C 1400 G = 100 SETTLING TIME (ns) 1200 SETTLED TO 0.001% 800 SETTLED TO 0.01% 600 400 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 STEP SIZE (V) 図 49.ステップ・サイズ対セトリング・タイム G=1 図 46.小信号応答、G = 100、RL = 10 kΩ、CL = 100 pF 1 NO LOAD 2kΩ LOAD 600Ω LOAD G = 1, SECOND HARMONIC VOUT = 10V p-p 0.1 0.01 0.001 0.0001 0.00001 10 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 図 50.2 次高調波歪みの周波数特性、G = 1 図 47.小信号応答、G = 1000、RL = 10 kΩ、CL = 100 pF 1 1µs/DIV 09412-093 50mV/DIV AMPLITUDE (Percentage of Fundamental) G = 10 NO LOAD CL = 100pF CL = 147pF NO LOAD 2kΩ LOAD 600Ω LOAD G = 1, THIRD HARMONIC VOUT = 10V p-p 0.1 0.01 0.001 0.0001 0.00001 10 100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 図 51.3 次高調波歪みの周波数特性、G = 1 図 48.様々な容量負荷での小信号応答 G = 1、RL = ∞ Rev. 0 - 15/21 - 09412-096 20mV/DIV 09412-095 10µs/DIV AMPLITUDE (Percentage of Fundamental) G = 1000 100k 09412-097 25°C 175°C 210°C 225°C 09412-092 200 09412-094 2µs/DIV 20mV/DIV 1000 AD8229 AMPLITUDE (Percentage of Fundamental) 1 NO LOAD 2kΩ LOAD 600Ω LOAD 1 G = 1000, SECOND HARMONIC VOUT = 10V p-p VOUT = 10V p-p RL ≥ 2kΩ 0.1 THD (%) 0.1 0.01 1k 10k 100k FREQUENCY(Hz) 図 52.2 次高調波歪みの周波数特性、G = 1000 1 NO LOAD 2kΩ LOAD 600Ω LOAD G = 1000, THIRD HARMONIC VOUT = 10V p-p 0.01 1k 10k FREQUENCY (Hz) 100k 09412-099 0.001 100 100 1k FREQUENCY (Hz) 図 54.各周波数での THD 0.1 0.0001 10 0.00001 10 図 53.3 次高調波歪みの周波数特性、G = 1000 - 16/21 - 10k 100k 09412-100 100 09412-098 0.0001 GAIN = 10 GAIN = 1 0.0001 10 AMPLITUDE (Percentage of Fundamental) GAIN = 100 0.001 GAIN = 1000 0.001 Rev. 0 0.01 AD8229 動作原理 I VB IB COMPENSATION I A1 IB COMPENSATION A2 C1 C2 +VS R2 3kΩ +VS +VS Q1 –IN OUTPUT A3 NODE 2 R1 3kΩ +VS R4 5kΩ NODE 1 +VS R3 5kΩ Q2 R5 5kΩ +VS –VS R6 5kΩ REF +IN RG RG– –VS RG+ –VS –VS –VS 09412-058 –VS 図 55.簡略化した回路図 表 5.1%抵抗を使った場合のゲイン アーキテクチャ AD8229 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を 除去しゲインを追加するディファレンス・アンプの 2 ステージ から構成されています。図 55 に、AD8229 の簡略化した回路図 を示します。 最初のステージは次のように動作します。2 つの入力の一致を 維持させるため、アンプ A1 は Q1 のコレクタ電圧を一定に維持 する必要があります。これは、RG−を–IN からの正確なダイオ ード電圧降下に一致させ、同様に A2 により RG+を+IN からの 一定ダイオード電圧降下に一致させることにより実現されてい ます。このため、ゲイン設定抵抗 RG の両端に差動入力電圧と等 しい電圧が加えられます。この抵抗を流れる電流は抵抗 R1 と R2 にも流れるため、A2 出力と A1 出力との間に増幅された差動 信号が現れます。 2 段目ステージは、アンプ A3 と R3~R6 の抵抗で構成された G = 1 のディファレンス・アンプです。このステージでは、増幅さ れた差動信号から同相モード信号を除去します。 ここで、 6 kΩ RG ゲイン抵抗を使わない場合は、AD8229 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 抵抗の偏差とゲイン・ドリフトを AD8229 の仕様に加算してくだ 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。 REFピン ゲインの選択 RGピン間に抵抗を接続すると、AD8229 のゲインが設定されま す。ゲインは、表 5 からまたは次式を使って求めることができ ます。 Rev. 0 1.993 5.000 10.02 19.99 50.59 100.34 200.34 496.9 994.4 1994.355 AD8229 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、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。 VOUT = G × (VIN+ − VIN−) + VREF RG Calculated Gain 6.04 k 1.5 k 665 316 121 60.4 30.1 12.1 6.04 3.01 RGの消費電力 AD8229 の伝達関数は次式で表されます。 G 1 1% Standard Table Value of RG (Ω) 6 kΩ G 1 - 17/21 - AD8229 の出力電圧は、REF ピンの電位を基準にして発生され ます。これは、出力信号を正確に電源の中心レベルにオフセッ トさせる必要がある場合に便利です。例えば、電圧源を REF ピ ンに接続して、AD8229 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。 AD8229 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以下にする必要があります。図 55 に示すように、 REFピンは 5 kΩ抵抗の片側端子に接続されています。REFピン にインピーダンスを追加接続すると、この 5 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(5 kΩ + RREF)/(10 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。 INCORRECT AD8229 REF 電源 REF V 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。PSRR性能カーブの詳細については、図 19 と 図 20 のセク ションを参照してください。 V + 09412-059 OP1177 – 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)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。 CORRECT AD8229 全周波数での同相モード除去比 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。図 58 に示すように、10µF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。 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。 図 56.REF ピンの駆動 入力電圧範囲 図 10 ~図 15 に、種々の出力電圧と電源電圧に対する同相モー ド入力の許容電圧範囲を示します。AD8229 の 3 オペアンプ・ア ーキテクチャは、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に適用されます。初段 ステージと 2 段目ステージの間の内部ノード(図 55 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 号が制限されていない場合でも、この組み合わせの信号が電圧 電源により制限されることがあります。 +VS 0.1µF 10µF +IN RG VOUT AD8229 LOAD REF –IN PCB レベルで AD8229 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。AD8229 のピン は、このために論理的に配置されています。 –IN 1 8 +VS RG 2 7 VOUT RG 3 6 REF AD8229 REFピン AD8229 の出力電圧は、REF ピンの電位を基準にして発生され ます。REF を適切な最寄りのグラウンドに接続するように注意 してください。 5 –VS TOP VIEW (Not to Scale) 図 57.ピン配置図 Rev. 0 –VS 10µF 図 58.電源デカップリング、REF、ローカル・グラウンド基準 の出力 09412-060 +IN 4 0.1µF 09412-061 レイアウト - 18/21 - AD8229 RPROTECT AD8229 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 59 に示すように設ける必要があります。 CORRECT +VS + VIN+ – I AD8229 REF –VS VIN– – ノイズに敏感なアプリケーションでは、保護抵抗を小さくするこ とが必要となる場合があります。BAV199 のような低リーク・ダ イオード・クランプを入力間に使って AD8229 入力から電流を側 路させることにより、保護抵抗値を小さくすることができます。 AD8229 REF REF 10MΩ –VS + VDIFF THERMOCOUPLE I +VS +VS REF IMAX REF –VS CAPACITIVELY COUPLED 09412-062 –VS 図 59.入力バイアス電流リターン・パスの追加 入力保護 AD8229 の入力は、このデータシートの 絶対最大定格のセクシ ョンで規定する定格値以内に維持する必要があります。そのま までは規定値を超えてしまう場合には、AD8229 の前に保護回 路を設けて入力電流を最大電流IMAX に制限することができます。 電源レールを超える入力電圧 電源レールを超える電圧が予想される場合には、外付け抵抗を 各入力に直列に接続して、過負荷時の電流を制限する必要があり ます。入力の制限抵抗は次式で計算できます。 RPROTECT | VIN VSUPPLY | I MAX AD8229 入力の最大電流 IMAX は時間と温度に依存します。デバ イスは、室温で 10 mA の電流に対して少なくとも 1 日間耐える 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。210°C では、電流は同じ時間の間 2 mA に制限する必要があ ります。デバイスは 210°C で 5 mA に 1 時間耐えることができ、 デバイスの寿命中に累積されます。 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。外乱が小さい DCオフセット電圧として現れることがあります。高周波信号は、 図 62 に示すように計装アンプの入力に接続されたローパスRC 回路で除去することができます。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。 FilterFrequencyDIFF FilterFrequency CM ノイズに敏感なアプリケーションでは、保護抵抗を小さくするこ とが必要となる場合があります。BAV199 のような低リーク・ダ イオード・クランプを入力に使って AD8229 入力から電流を側路 させることにより、保護抵抗値を小さくすることができます。電 流が主に外付け保護ダイオードを流れるようにするため、ダイオ ードと AD8229 の間に 33 Ω のような小さい値抵抗を接続します。 Rev. 0 LOW NOISE METHOD 図 61.大きな差動電圧に対する保護 AD8229 C R CAPACITIVELY COUPLED RPROTECT SIMPLE METHOD R 1 fHIGH-PASS = 2πRC AD8229 AD8229 – RPROTECT C C + I VDIFF AD8229 – C RPROTECT RPROTECT –VS THERMOCOUPLE LOW NOISE METHOD 1 |V | 1V RPROTECT DIFF RG 2 I MAX +VS AD8229 –VS –VS 高ゲインで大きな差動電圧が予想される場合には、外付け抵抗 を各入力に直列に接続して、過負荷時の電流を制限する必要があ ります。各入力の制限抵抗は次式で計算できます。 TRANSFORMER +VS 33Ω 高ゲインでの大きな差動入力電圧 –VS TRANSFORMER AD8229 図 60.電源レールを超える電圧に対する保護 AD8229 REF –VS RPROTECT SIMPLE METHOD AD8229 I + –VS VIN– – +VS 33Ω +VS RPROTECT + +VS RPROTECT 09412-067 INCORRECT + VIN+ – +VS +VS 09412-066 入力バイアス電流のリターン・パス - 19/21 - ここで、CD 10 CC。 1 2πR(2C D CC ) 1 2πRC C AD8229 +VS 0.1µF ソース抵抗ノイズ AD8229 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 63 ではR1 とR2 で表してあります。いかなる抵抗でも、最小 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。 10µF CC 1nF R +IN 4.02kΩ CD 10nF VOUT AD8229 RG R REF –IN 4.02kΩ 例えば、正の入力でのセンサーと保護抵抗の組み合わせを 4 kΩ とし、負の入力では 1 kΩ とすると、抵抗の総合ノイズは次のよ うになります。 CC 1nF 0.1µF 09412-063 10µF –VS ( 4 4 ) 2 ( 4 1) 2 = 64 16 = 8.9 nV/ Hz 計装アンプの電圧ノイズ 図 62.RFI の除去 CD は差動信号に有効で、CC は同相モード信号に有効です。R と CC の値は、RFI を小さくするように選択する必要があります。 正入力の R×CC と負入力の R×CC との不一致は、AD8229 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、不一致の影響は小さくなるので、性能が改善されます。 計装アンプの電圧ノイズは、デバイス入力ノイズ、出力ノイズ、 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。 総合電圧ノイズ= (Output Noise / G ) 2 ( Input Noise ) 2 ( Noise of Rg Resistor ) 2 抵抗によりノイズが増えるので、選択する抵抗値とコンデンサ 値は、ノイズ、高周波での入力インピーダンス、RFI 耐性の間 でトレードオフする必要があります。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 例えば、ゲイン= 100、ゲイン抵抗= 60.4 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。 入力ステージ・ノイズの計算 計装アンプの電流ノイズ 電流ノイズは、ソース抵抗に電流ノイズを乗算して計算されま す。 SENSOR R2 RG 例えば、図 63 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。 AD8229 ((4 1.5) 2 (1 1.5) 2 ) = 6.2 nV/ Hz 09412-064 R1 総合ノイズの計算 図 63.センサーのソース抵抗と保護抵抗を持つ AD8229 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 1 nV/√Hz のヘッドライン規定値より遥かに大きく依存してい ます。総合ノイズは、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 つの要因に依存します。 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。 Rev. 0 (43 / 100) 2 12 (4 0.0604 ) 2 = 1.5 nV/ Hz - 20/21 - 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 63 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。 8.92 1.52 6.2 2 ) = 11.0 nV/ Hz AD8229 外形寸法 0.528 0.520 0.512 8 5 1 4 0.305 0.300 0.295 0.125 0.110 0.095 0.011 0.010 0.009 0.105 0.095 0.085 0.130 NOM SEATING PLANE 0.054 NOM 0.175 NOM 0.105 0.100 0.095 0.320 0.310 0.300 0.032 NOM 0.045 0.035 0.025 0.020 0.018 0.016 0.310 0.300 0.290 0.011 0.010 0.009 07-08-2010-B INDEX MARK 0.298 0.290 0.282 図 64.8 ピン・サイドブレーズ・セラミック・デュアルインライン・パッケージ[SBDIP] (D-8-1) 寸法: インチ オーダー・ガイド Model1 Temperature Range Package Description Package Option AD8229HDZ −40°C to +210°C Ceramic Dual In-Line Package [SBDIP] D-8-1 1 Z = RoHS 準拠製品 Rev. 0 - 21/21 -