ゲイン選択可能な高精度 フル差動減衰アンプ AD8475 NC 7 –OUT –VS 8 6 +IN 0.4x 9 1kΩ NC = NO CONNECT +OUT 5 1kΩ VOCM 4 1.25kΩ +VS 3 AD8475 –IN 0.4x 2 1.25kΩ 1.25kΩ 09432-002 1.25kΩ –IN 0.8x 1 高精度減衰量: G = 0.4、G = 0.8 フル差動またはシングルエンド入力/出力 高精度 ADC 駆動用にデザインされた差動出力 スイッチド・キャパシタと Σ-Δ ADC を駆動 レール to レール出力 VOCM ピンにより出力同相モードを調節 強固な過電圧保護:最大±15 V (VS = +5 V) 単電源動作: 3 V～10 V 両電源動作: ±1.5 V～±5 V 高性能 4 MSPS までの 18 ビット・コンバータの駆動に最適 出力ノイズ: 10 nV/√Hz ゲイン・ドリフト: 3 ppm/°C 出力オフセット:最大 500 μV スルーレート： 50 V/μs 低消費電力:電源電流 3.2 mA 10 +IN 0.8x 機能ブロック図 特長 図 1. アプリケーション ADC ドライバ 差動計装アンプのビルディング・ブロック シングルエンド/差動変換 概要 AD8475 は高精度ゲイン抵抗を内蔵するフル差動の減衰アンプで す。このデバイスは、高精度な減衰(0.4 または 0.8 倍)、同相モー ド・レベル・シフト、入力過電圧保護機能付きのシングルエンド/ 差動変換機能を提供します。5 V 単電源での消費電力はわずか 16 mW です。 AD8475 は、単電源で最大±10 V の信号レベルを処理するように デザインされた使い易い高精度ゲイン・ブロックです。このデ バイスは、低電圧高性能 16 ビットまたは 18 ビット単電源逐次 比較型(SAR) A/D コンバータ(ADC)の差動入力範囲と工業用レベ ル信号との直接互換を可能にするインターフェースを提供しま す。 AD8475 には、ピン選択可能な 2 つの標準ゲイン・オプション(2 0.4 と 0.8)があります。デバイスのゲインは、該当するゲインに対 応する入力ピンを駆動することにより設定されます。 また、AD8475 は、5 V 単電源で動作時に最大±15 V の大きな工業 用入力電圧に対する過電圧保護機能も提供します。VOCM ピン を使って高精度レベル・シフトの出力電圧同相モードを調節して、 Rev. 0 ADC の入力範囲および最大ダイナミックレンジを一致させるこ とができます。 AD8475 は、SAR、Σ-Δ、パイプライン・コンバータに対して極め て良好に動作します。デバイスは高電流出力ステージを持つため、 多くの ADC のスイッチド・キャパシタ・フロントエンド回路を 最小の誤差で駆動できるようになっています。 AD8475 は市販の多くの差動ドライバとは異なり、高精度アン プになっています。AD8475 は、500 µV の最大出力オフセット、 10 nV/√Hz の出力ノイズ、−112dB の THD + N を持つため、高精 度コンバータとの組み合わせに最適です。スルーレートを強化 した AD8475 は、その低消費電力と高精度を考慮すると、4 MSPS のアクイジションに対して 18 ビット精度にセトリングす る優れた速度を持っています。 AD8475 は省スペースの 10 ピン MSOP パッケージを採用してい ます。このデバイスの仕様は−40°C～+85°C の温度範囲で規定さ れています。 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。 ©2010 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 AD8475 目次 特長......................................................................................................1 回路説明 ........................................................................................16 アプリケーション ..............................................................................1 DC精度 ..........................................................................................16 機能ブロック図 ..................................................................................1 入力電圧範囲 ................................................................................17 概要......................................................................................................1 AD8475 の駆動..............................................................................17 改訂履歴..............................................................................................2 電源................................................................................................17 仕様......................................................................................................3 絶対最大定格 ......................................................................................5 アプリケーション情報 ....................................................................18 代表的な構成 ................................................................................18 熱抵抗..............................................................................................5 シングルエンド/差動変換 ..........................................................18 ESDの注意 ......................................................................................5 出力同相モード電圧の設定.........................................................18 ピン配置およびピン機能説明 ..........................................................6 代表的な性能特性 ..............................................................................7 用語....................................................................................................15 高性能ADCの駆動........................................................................18 外形寸法............................................................................................20 動作原理............................................................................................16 概要................................................................................................16 改訂履歴 10/10—Revision 0: Initial Version Rev. 0 － 2/20 － オーダー・ガイド ........................................................................20 AD8475 仕様 特に指定がない限り、VS = 5 V、G = 0.4、VOCM は 2.5 V に接続、RL = 1 kΩ 差動、TA = 25°C、出力換算(RTO)。 表 1. A Grade Parameter Test Conditions/Comments Min Typ Max Unit DYNAMIC PERFORMANCE −3 dB Small Signal Bandwidth 150 MHz −3 dB Large Signal Bandwidth 15 MHz Slew Rate 2 V step 50 V/µs Settling Time to 0.01% 2 V step on output 108 ns Settling Time to 0.001% 2 V step on output 126 ns f = 100 kHz, VOUT = 4 V p-p, 22 kHz band- −112 dB −110 dB NOISE/DISTORTION 1 THD + N pass filter HD2 f = 1 MHz, VOUT = 2 V p-p HD3 f = 1 MHz, VOUT = 2 V p-p −96 dB IMD3 f1 = 0.95 MHz, f2 = 1.05 MHz, −90 dBc −84 dBc VOUT = 2 V p-p IMD3 f1 = 95 kHz, f2 = 105 kHz, VOUT = 2 V p-p Output Voltage Noise f = 0.1 Hz to 10 Hz 2.5 µV p-p Spectral Noise Density f = 1 kHz 10 nV/√Hz 0.4 V/V GAIN Gain Error 0.05 Gain Drift −40°C ≤ TA ≤ +85°C 1 Gain Nonlinearity VOUT = 4 V p-p 2.5 3 % ppm/°C ppm OFFSET AND CMRR Offset2 RTO 50 vs. Temperature −40°C ≤ TA ≤ +85°C 2.5 vs. Power Supply VS = ±2.5 V to ±5 V 90 dB VOCM = ±10 V, RTO 76 dB Common-Mode Rejection Ratio 500 µV µV/°C INPUT CHARACTERISTICS Input Voltage Range3 Impedance 4 Differential input −6.25 +6.25 V Single-ended input −12.5 +12.5 V VCM = VS/2 Single-Ended Input 2.92 kΩ Differential Input 5 kΩ Common Mode Input 1.75 kΩ OUTPUT CHARACTERISTICS Output Swing Output Balance Error −VS + 0.05 ∆VOUT,cm/∆VOUT,dm Output Impedance Capacitive Load +VS − 0.05 −80 Per output Short-Circuit Current Limit V dB 0.1 Ω 30 pF 110 mA VOCM CHARACTERISTICS VOCM Input Voltage Range −VS + 1 VOCM Input Impedance VOCM Gain Error Rev. 0 +VS V 0.02 % 100 － 3/20 － kΩ AD8475 A Grade Parameter Test Conditions/Comments Min Typ Max Unit POWER SUPPLY Specified Voltage 5 Operating Voltage Range 3 Supply Current Over Temperature 3 −40°C ≤ TA ≤ +85°C V 10 V 3.2 mA 4 mA TEMPERATURE RANGE Specified Performance Range −40 +85 °C Operating Range −40 +125 °C 1 アンプの電圧および電流ノイスおよび内部抵抗のノイズを含みます。 入力バイアスとオフセット電流の誤差を含みます。 入力電圧範囲は、電源電圧、リファレンス電圧、ESD ダイオードの関数になります。 4 内部抵抗は比が一致するように調整済みですか、絶対精度は±20% です。 2 3 Rev. 0 － 4/20 － AD8475 絶対最大定格 表 2. 熱抵抗 Parameter Rating Supply Voltage Maximum Voltage at Any Input Pin Minimum Voltage at Any Input Pin Storage Temperature Range Specified Temperature Range Operating Temperature Range Junction Temperature 11 V +VS + 10.5 V −VS − 16 V −65°C to +150°C −40°C to +85°C −40°C to +125°C 150°C θJA はワーストケース条件で規定。すなわち表面実装パッケージ の場合、デバイスを回路ボードにハンダ付けした状態で規定。 表 3.熱抵抗 Package Type θJA Unit 10-Lead MSOP 214.0 °C/W ESDの注意 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 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。 － 5/20 － AD8475 ピン配置およびピン機能説明 –IN 0.4x 2 10 +IN 0.8x 9 +IN 0.4x 8 –VS VOCM 4 7 NC +OUT 5 6 –OUT +VS 3 AD8475 TOP VIEW (Not to Scale NC = NO CONNECT 図 2.10 ピン MSOP のピン配置 表 4.10 ピン MSOP のピン機能説明 ピン番号 記号 説明 1 −IN 0.8x 0.8 減衰用の負入力 2 −IN 0.4x 0.4 減衰用の負入力 3 +VS 正電源 4 VOCM 出力同相モード調整 5 +OUT 非反転出力 6 −OUT 反転出力 7 NC 未接続 8 −VS 負電源 9 +IN 0.4x 0.4 減衰用の正入力 10 +IN 0.8x 0.8 減衰用の正入力 Rev. 0 － 6/20 － 09432-004 –IN 0.8x 1 AD8475 代表的な性能特性 特に指定がない限り、TA = 25°C、VS = 5 V、ゲイン= 0.4、RLOAD = 1 kΩ、RTO。 10 REPRESENTATIVE SAMPLES 800 –4.97V, +7.75V G = 0.8 400 VOSO (µV) COMMON-MODE VOLTAGE (V) 600 200 G = 0.4 0 –200 –400 –600 0V, +7.75V +4.95V, +7.75V 6 4 –2.97V, +3.25V 0V, +3.25V +2.95V, +3.25V 2 0 VS = +3V, VOCM = +1.5V –2 –4 –2.97V, –3.75V 0V, –3.75V +2.95V, –3.75V –6 –800 –20 0 20 40 60 80 100 120 TEMPERATURE (°C) 0V, –6.25V –4.97V, –6.25V –8 –5.5 –4.5 –3.5 –2.5 –1.5 –0.5 0.5 09432-006 –1000 –40 +4.95V, –6.25V 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 OUTPUT VOLTAGE (V) 図 6.出力電圧対入力同相モード電圧、VS = +5 V および+3 V 図 3.システム・オフセットの温度特性 5 VS = +5V, VOCM = +2.5V 8 09432-008 1000 20 REPRESENTATIVE SAMPLES 4 0 3 –20 CMRR (dB) CMRR (µV/V) 2 1 0 –1 –40 –60 –80 –2 –3 –100 –20 0 20 40 60 80 100 120 TEMPERATURE (°C) –120 100 09432-005 –5 –40 10k 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) 図 7.CMRR の周波数特性(G = 0.8) 図 4.CMRR の温度特性(G = 0.8) 150 1k 09432-010 –4 –20 VIN = ±5V REPRESENTATIVE SAMPLES –30 100 GAIN ERROR (µV/V) –40 PSRR (dB) 50 0 –50 –60 –70 –50 –80 –100 0 20 40 60 80 100 TEMPERATURE (°C) 120 –100 100k 図 8.電源除去比(PSRR)の周波数特性 図 5.ゲイン誤差の温度特性、VS = ±5 V Rev. 0 1M FREQUENCY (Hz) － 7/20 － 10M 09432-011 –20 09432-100 –150 –40 –90 AD8475 65 9 60 8 SLEW RATE (V/µs) 7 6 5 4 3 55 50 45 FALL 40 35 1 1k 10k 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) 30 –40 60 80 100 120 100 120 125 SHORT-CIRCUIT CURRENT (mA) –40°C +25°C +85°C +105°C +125°C 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 –VS 100 120 115 110 105 100 95 90 85 10k 100k 1M 80 –40 09432-013 1k –20 0 20 40 60 80 TEMPERATURE (°C) 09432-016 OUTPUT VOLTAGE SWING (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES 40 130 RL (Ω) 図 13.短絡電流の温度特性 図 10.出力電圧振幅対 RLOAD 対温度、VS = ±5 V および+5 V +VS 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 –1.94 G = 0.8 –7.96 –10 GAIN (dB) –40°C +25°C +85°C +105°C +125°C G = 0.4 –20 –30 –40 100µA 1mA OUTPUT CURRENT (A) 10mA 100mA –50 1k 09432-014 OUTPUT VOLTAGE SWING (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES 20 図 12.スルーレートの温度特性 +VS 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 10k 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) 100M 1G 図 14.すべてのゲインでの小信号周波数応答、VS = ±5 V 図 11.出力電圧振幅対出力電流対温度、VS = ±5 V および+5 V Rev. 0 0 TEMPERATURE (°C) 図 9.最大出力電圧の周波数特性 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 –VS 10µA –20 09432-017 0 100 RISE 09432-015 2 09432-012 MAXIMUM OUTPUT VOLTAGE ( V p-p) 10 － 8/20 － AD8475 0 0 VS = ±5V VS = +3V VS = +5V –10 GAIN (dB) GAIN (dB) –7.96 –10 –20 –20 –30 –30 –40 100k 1M 10M 100M –50 100k FREQUENCY (Hz) 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) 図 15.様々な電源での小信号周波数応答 09432-022 10k 09432-018 –40 1k RL = 200Ω RL = 1kΩ RL = 10kΩ 図 18.様々な負荷での小信号周波数応答 0 –10 G = 0.8 –7.96 –10 G = 0.4 GAIN (dB) GAIN (dB) 0 –1.94 –20 –30 –20 –40 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) –50 100k 10M 100M FREQUENCY (Hz) 図 16.すべてのゲインでの大信号周波数応答、VS = ±5 V 0 1M 09432-024 10k 09432-019 –30 1k RL = 200Ω RL = 1kΩ RL = 10kΩ 図 19.様々な負荷での大信号周波数応答 0 VS = ±5V VS = +3V VS = +5V CL = 0pF CL = 5pF CL = 10pF –7.96 –10 –7.96 GAIN (dB) GAIN (dB) –10 –20 –20 10k 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) 100M –40 1k 09432-020 –30 1k 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) 図 20.様々な容量負荷での小信号周波数応答 図 17.様々な電源での大信号周波数応答 Rev. 0 10k － 9/20 － 09432-025 –30 AD8475 0 VOUT = 100mV p-p CL = 0pF CL = 5pF CL = 10pF –7.96 GAIN (dB) 20mV/DIV –10 10k 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) 10ns/DIV 09432-027 –30 1k 図 21.様々な容量負荷での大信号周波数応答 0 09432-029 –20 図 24.小信号パルス応答、VS = ±2.5 V VOCM = 1V VOCM = 2.5V VOCM = 4V RL = 200Ω RL = 1kΩ RL = 10kΩ 20mV/DIV GAIN (dB) –10 –20 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) 10ns/DIV 図 25.様々な抵抗負荷での小信号ステップ応答 図 22.様々な VOCM レベルでの小信号周波数応答 0 09432-030 –40 10k 09432-026 –30 CL = 0pF CL = 5pF CL = 10pF VOCM = 1.5V VOCM = 2.5V VOCM = 3.5V GAIN (dB) 20mV/DIV –10 10k 100k 1M 10M 100M FREQUENCY (Hz) 10ns/DIV 図 23.様々な VOCM レベルでの大信号周波数応答 Rev. 0 09432-031 –30 1k 09432-028 –20 図 26.様々な容量負荷での小信号ステップ応答、VS = ±2.5 V － 10/20 － AD8475 09432-032 20ns/DIV 09432-033 20mV/DIV 500mV/DIV VOUT = 2V p-p 50ns/DIV 図 30.VOCM 小信号ステップ応答、VS = ±2.5 V 図 27.大信号パルス応答 09432-036 20ns/DIV 09432-034 500mV/DIV 500mV/DIV RL = 200Ω RL = 1kΩ RL = 10kΩ 500ns/DIV 図 28.様々な抵抗負荷での大信号ステップ応答 図 31.VOCM 大信号ステップ応答 100 G = 0.8 10 1 10 100 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 図 32.電圧ノイズ密度の周波数特性 図 29.様々な容量負荷での大信号ステップ応答 Rev. 0 － 11/20 － 10M 09432-038 20ns/DIV 09432-035 500mV/DIV VOLTAGE NOISE (nV/ Hz) CL = 0pF CL = 5pF CL = 10pF AD8475 –20 HD2, HD3, HD2, HD3, 500nV/DIV HARMONIC DISTORTION (dBc) –40 G G G G = 0.4 = 0.4 = 0.8 = 0.8 –60 –80 –100 –140 0.1 1 10 FREQUENCY (MHz) 図 36.様々なゲインでの高調波歪みの周波数特性 図 33.0.1 Hz～10 Hz の電圧ノイズ –20 VOUT = 2V p-p HD2, RL = 1kΩ HD3, RL = 1kΩ –40 HD2, RL = 200Ω HD3, RL = 200Ω –60 –80 –100 –80 –100 –140 0.1 1 10 FREQUENCY (MHz) 図 37.様々な VOUT,dm での高調波歪みの周波数特性 図 34.様々な負荷での高調波歪みの周波数特性 –20 –20 VOUT = 2V p-p HD2, VS = +5V HD3, VS = +5V –40 HD2, VS = ±5V HD3, VS = ±5V HARMONIC DISTORTION (dBc) –60 –80 –100 f = 100kHz HD2, +5V SUPPLY HD3, +5V SUPPLY –40 HD2, ±5V SUPPLY HD3, ±5V SUPPLY –60 –80 –100 –120 –120 FREQUENCY (MHz) 10 09432-042 –140 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 VOUT (V p-p) 図 38.様々な電源での VOUT 対高調波歪み 図 35.様々な電源での高調波歪みの周波数特性 － 12/20 － 9 09432-047 HARMONIC DISTORTION (dBc) –60 09432-046 10 09432-040 1 FREQUENCY (MHz) Rev. 0 VOUT = 2V p-p VOUT = 2V p-p VOUT = 4V p-p VOUT = 4V p-p –120 –120 –140 0.1 HD2, HD3, HD2, HD3, –40 HARMONIC DISTORTION (dBc) HARMONIC DISTORTION (dBc) –20 –140 0.1 09432-043 1s/DIV 09432-039 –120 AD8475 10 VOUT = 2V p-p RL = 1kΩ RL = 200Ω –40 NORMALIZED SPECTRUM (dBc) 0 –60 –80 –100 –120 –10 –20 –30 –40 –50 –60 –70 –80 –90 –140 0.1 1 10 FREQUENCY (MHz) –110 75 80 90 95 100 105 110 115 120 FREQUENCY (kHz) 図 39.様々な負荷でのスプリアス・フリー ダイナミックレンジの周波数特性 125 図 42.100 kHz 相互変調歪み 10 –30 VOUT = 2V p-p VOCM = 2.5V 0 VOCM GAIN (dB) –40 OUTPUT BALANCE ERROR (dB) 85 09432-054 –100 09432-049 SPURIOUS-FREE DYANMIC RANGE (dBc) –20 –50 –60 –70 –80 –10 –20 –30 –40 1k 10M 100M FREQUENCY (Hz) 10k 09432-050 –100 1M 図 40.出力バランス誤差の周波数特性 1M 10M 図 43.VOCM 大信号周波数応答 100 5 VOUT = 100mV p-p VOCM = 2.5V 0 VOCM GAIN (dB) 10 OUTPUT IMPEDANCE (Ω) 100k FREQUENCY (Hz) 09432-055 –90 1 –5 –10 0.1 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) 100M –20 1k 09432-052 0.01 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 図 44.VOCM 小信号周波数応答 図 41.出力インピーダンスの周波数特性 Rev. 0 10k － 13/20 － 10M 09432-056 –15 AD8475 0.8 × VIN 100µs/DIV 09432-051 2V/DIV VOUT 図 45.オーバードライブからの回復 Rev. 0 － 14/20 － AD8475 用語 1kΩ –IN RL, dm VOUT, dm AD8475 VOCM 同相モード電圧とは、2 つのノード電圧の平均を意味します(ロ ーカル・グラウンドを基準)。出力同相モード電圧は次式で定義 されます。 –OUT VOUT,cm = (V+OUT + V−OUT)/2 +OUT 1.25kΩ 1kΩ 09432-162 +IN 1.25kΩ 同相モード電圧 バランス 出力バランスは、2 つの出力差動信号が同振幅と逆位相にある 度合を表します。出力バランスは、一致した抵抗分圧器を差動 電圧ノード間に接続し、分圧器の中点での信号振幅を差動信号 の振幅と比較することにより、容易に求めることができます。 この定義を使うと、出力バランスは、出力同相モード電圧の振 幅を出力差動モード電圧の振幅で除算して求められます。 図 46.信号と回路の定義 差動電圧 2 つのノード電圧間の差。例えば、出力差動電圧(または等価な 出力差動モード電圧)は、次のように定義されます。 VOU,dm = (V+OUT − V−OUT) ここで、V+OUT と V−OUT は+OUT ピンと−OUT ピンの電圧(共通グ ラウンドを基準)。同様に、差動入力電圧は次式で定義されます。 VIN, dm = (V+IN − (V−IN)) Rev. 0 － 15/20 － Output Balance Error VOUT , cm VOUT , dm AD8475 動作原理 概要 DC精度 AD8475 は、0.4 および 0.8 の高精度減衰量を提供するレーザ・ トリムされた抵抗を内蔵するフル差動アンプです。AD8475 の内 蔵差動アンプは、2 つの出力の電圧の大きさが等しいが、反対方 向へ変化する(位相が 180°異なる)点で従来型オペアンプと異な っています。追加された入力 VOCM が、出力同相モード電圧を 設定します。このデバイスは、オペアンプと同様に、高いオー プン・ループ・ゲインとこの出力を所望の電圧にする負帰還に 依存しています。AD8475 は、シングルエンド/差動変換、同相モ ード・レベル・シフト、低電圧差動入力 ADC との互換性を確保 する大信号の高精度減衰を大幅に簡素化するようにデザインされ ています。 AD8475 のDC精度は、内蔵抵抗の精度に強く依存します。図 48 に示す回路を解析するため重ね合わせを使うと、アンプの入力 電圧と出力電圧との関係を表す次式が得られます。 1.25kΩ –VS NC 1 2RP RN RP RN 2 1 VOUT ,cm RP RN VOUT ,dm 2 RP RN 2 ここで、 RP –OUT VIN ,dm VP VN 1kΩ 1 VIN ,cm (VP VN ) 2 1.25kΩ AD8475 –IN 0.8x –IN 0.4x +VS アンプの差動クローズド・ループ・ゲインは次式で表されます。 1kΩ VOCM +OUT VOUT ,dm 09432-062 1.25kΩ 1.25kΩ RFP RFN 、 RN RGP RGN VIN ,dm さらに、アンプの同相除去比は次式で表されます。 図 47.ブロック図 VOUT ,dm 回路説明 VIN ,cm AD8475 アンプは電圧帰還回路を使っているため、一定の公称 ゲイン帯域幅積を持っています。AD8475 は電圧帰還オペアン プと同様に、内部入力端子(内部アンプの加算ノード)で高い入 力インピーダンスと低い出力インピーダンスを持っています。 AD8475 出力は、内部同相モード帰還ループとアンプのフル差 動回路により、広い周波数範囲で精確にバランスされます。こ のために、真の同振幅と 180°位相差に近いアンプ差動出力が得 られます。 RGP RFP VON VOCM VOP VN RGN RFN 図 48.与えられたゲインでの AD8475 の機能回路図 出力同相モード電圧(VOCM) 内部同相モード帰還により、同相モード出力電圧が制御されます。 このアーキテクチャにより、出力同相モード・レベルを入力電 圧に無関係な任意の値に容易に設定することができます。内部 同相モード帰還ループにより、出力同相モード電圧が VOCM 入 力に加えられた電圧に等しくなるように維持されます。VOCM ピンは未接続のままにすることができ、出力同相モード電圧は 内部帰還制御により電源電圧の中点にセルフ・バイアスされま す。 2RP RN 2 RP RN VP AD8475 では 2 つの帰還ループを採用して、差動モードと同相モ ードの出力電圧を制御しています。レーザ・トリムされた高精 度内蔵抵抗で固定された差動帰還ループにより、差動出力電圧 が制御されています。 Rev. 0 2RP RN RP RN 2 RP RN 09432-163 +IN 0.8x +IN 0.4x VIN ,cm RP RN VIN ,dm 前の各式は、AD8475 のゲイン精度と同相モード除去比(CMRR) が、主に帰還回路(抵抗比)の一致度により決定されることを表 しています。2 つの回路が完全に一致する場合、すなわち、RP と RN が RF/RG に等しい場合、抵抗回路は CMRR 誤差を発生し ないため、アンプの差動クローズド・ループ・ゲインは次のよ うに簡単になります。 VOUT ,dm VIN ,dm RFx RGx AD8475 の内蔵抵抗は、そのウエハーが高精度にレーザ・トリ ムされているため、86dB (50μV/V)の最小 CMRR と 0.05%以下の ゲイン誤差を保証することができます。ディスクリート・ソリ ューションを使ってこれと等価な精度と性能を実現するために は、抵抗を 0.01%以内で一致させる必要があります。 － 16/20 － AD8475 入力電圧範囲 AD8475 は、電源レールより大きな入力電圧を測定することが できます。内蔵ゲイン抵抗と帰還抵抗により分圧器が構成され、 これを使ってアンプの内部入力ノードから見た入力電圧が小さ くされます。測定可能な最大電圧は、アンプの内部加算ノード の能力により制限されます。この電圧は、入力電圧および帰還 抵抗とゲイン抵抗との比によって決定されます。図 49 に、入力 電圧と内部抵抗回路により決定される、アンプの内部加算ノー ドの電圧を示します。VN = 0 とすると、図内に示す式は次のよ うに簡単になります。 RG 1 RF VP VOCM RF RG 2 RG AD8475 の駆動は、低インピーダンス・ソース(例えば別アンプ) から行うように注意する必要があります。ソース抵抗により抵 抗比のバランスが損なわれることがあるため、AD8475 のゲイ ン精度と同相モード除去比が大幅に低下します。最適性能を得 るためには、AD8475 の入力端子に対するソース・インピーダ ンスを 0.1 Ω 以下に維持する必要があります。AD8475 の精度で の抵抗比の重要な役割の詳細については、DC 精度のセクション を参照してください。 電源 AD8475 は広い範囲の電源電圧で動作します。このデバイスは、 3 V～10 V の単電源で、および±1.5 V～±5 V の両電源で、動作 することができます。 AD8475 の内蔵アンプはレール to レール入力を持っています。 最小の歪みで正確に測定するためには、アンプの内部入力での 電圧が+VS − 1 V より低く、かつ−VS より高く維持される必要が あります。 安定なDC電圧を使って、AD8475 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に注意し てください。PSRR性能カーブの詳細については、図 8 を参照し てください。 例えば、G = 0.4 構成で VS = 5 V の場合、AD8475 は最大±12.5 V までの入力を測定することができ、優れた歪み性能を維持しま す。 0.1 μF のバイパス・コンデンサを各電源ピンとグラウンドの間 に、各電源ピンのできるだけ近くに接続する必要があります。 10 ìF のタンタル・コンデンサを各電源とグラウンドの間に接続 する必要があります。このコンデンサは電源ピンから離れて配 置することができ、他の高精度 IC と共用することができます。 AD8475 は、電源レールを超える大きな入力電圧に対する過電圧 保護機能を持っています。入力にある内蔵の ESD 保護ダイオー ドは、+VS + 10.5 V まで、および−VS − 16 V まで AD8475 の損傷 を防止します。 VP RG RF + RG VOCM + 1 RF 2 RG VP − VN + RF RF + RG RG RF VON VN VOCM VOP VN RG RF 図 49.AD8475 の内部オペアンプ入力での電圧 Rev. 0 － 17/20 － 09432-164 VPLUS V MINUS AD8475 の駆動 AD8475 出力同相モード・レベルの制御が必要な場合には、外付け電源ま たはソース抵抗 100 Ω以下の抵抗分圧器を使用してVOCMピンを 駆動することができます。等しい抵抗値で構成される外部電圧デ バイダを使って、VOCMを電源電圧の中心値に設定する場合、外 付け抵抗が内部抵抗と並列に接続されるため大きな抵抗値を使う ことができます。仕様のセクションに示す出力同相モード・オフ セットは、VOCM入力が低インピーダンス電圧源から駆動される場 合です。 アプリケーション情報 代表的な構成 AD8475 は、シングルエンド/差動変換、同相モード・レベル・シフ ト、低電圧 ADC との互換性を確保する大信号の高精度減衰を行う ようにデザインされています。 図 50 に、ゲイン= 0.4 でのAD8475 の代表的な接続図を示します。 ゲイン= 0.8 でAD8475 を使うときは、±IN 0.8x入力を低インピー ダンス・ソースで駆動します。 内蔵分圧器があるためため、外部から加える電圧とそのソース抵 抗に応じて、VOCM ピンには電流が流れます。 VOCM 入力を ADC の同相モード・レベル出力に接続することも できますが、出力が十分な駆動能力を持つように注意する必要が あります。VOCM ピンの入力インピーダンスは 100 kΩ です。複 数の AD8475 デバイスで 1 個の ADC リファレンス出力を共用する 場合は、並列入力を駆動するためにバッファが必要になります。 シングルエンド/差動変換 多くの工業用システムではシングルエンドを使用していますが、多 くの場合、信号は精度を上げるために高性能差動入力 ADC を使 って処理されます。AD8475 は、シングルエンド信号を高精度 ADC の差動入力へ精確に変換する重要な機能を実行し、かつ外付 け部品なしでこれを行います。 高性能ADCの駆動 シングルエンド信号を差動信号へ変換するときは、一方の入力を 信号ソースへ、他方の入力をグラウンドへ、それぞれ接続します( 図 52 参照)。いずれの入力もソースから駆動することができ、出 力が逆極性になる点だけが異なることに注意してください。また、 差動信号パスを持つ高精度システムでは、AD8475 に真の差動信 号を入力することもできます。 出力同相モード電圧の設定 AD8475 の VOCM ピンは、電源間に接続した 2 本の 200 kΩ 抵抗で 構成される高精度電圧分圧器から内部でバイアスされています。 この分圧器により、出力は電源中点にレベル・シフトされます。 内部バイアスを使用すると、出力同相モード電圧の期待値は 0.01%以内になります。 AD8475 は、広帯域DC結合アプリケーションおよび工業用アプリ ケーションに最適です。図 52 に、AD8475 の入力と出力でDC結 合し、AD7982(18 ビット、1 MSPS ADC)を駆動しているAD8475 の工業用フロントエンド接続を示します(AD7982 は差動で駆動し たときに最適性能を実現します)。AD8475 は、20 V p-p入力信号 の減衰、レベル・シフト、差動信号への変換を外付け部品不要で 行います。AD8475 は、大きなバイポーラ信号を入力するために フロントエンドでの両電源を不要にしています。また、減衰用の 高精度抵抗回路とADC駆動用のトランスを不要にして、シングル エンド/差動変換を行います。 AD8475 のAC性能とDC性能は、18 ビット 1 MSPSの AD7982 PulSAR® ADCおよびファミリーのその他の 16 ビット/18 ビット・ メンバー(最大サンプリング・レート 4 MSPS)と互換性を持ってい ます。表 5 に、幾つかの使用可能な高性能差動ADCの一覧を示し ます。 –VS + 10µF 0.1µF LOW IMPEDANCE INPUT SOURCE 1.25kΩ –VS NC –OUT 1kΩ 1.25kΩ VOUT = (V+OUT – V–OUT) AD8475 1.25kΩ 1.25kΩ –IN 0.8x –IN 0.4x 10µF + +VS 1kΩ VOCM +OUT REF 0.1µF 0.1µF +VS 図 50.代表的な構成 Rev. 0 － 18/20 － 09432-200 +IN 0.8x +IN 0.4x AD8475 表 5.高性能 SAR ADC Part Resolution Sample Rate Description AD7984 18 Bits 1.33 MSPS AD7982 18 Bits 1 MSPS AD7690 18 Bits 400 kSPS AD7641 18 Bits 2 MSPS True differential input, 14 mW, 2.5 V ADC True differential Input, 7.0 mW, 2.5 V ADC True differential input, 4.5 mW, 5 V ADC True differential input, 75 mW, 2.5 V ADC この例では、AD8475 は 5 V 単電源を使用し、ゲイン= 0.4 で、 シングルエンド入力を差動出力へ変換しています。入力は、対 称な 20 V p-p のグラウンド基準バイポーラ信号です。出力同相 モード電圧= 2.5 V で、AD8475 の各出力振幅は 0.5 V～4.5 V で互 いに逆相であり、8 V p-p 差動信号を ADC 入力へ供給していま す。 09432-168 AD8475 出力と ADC の間にある差動 RC 回路は 1 極フィルタであ り、不要な折り返しノイズと高周波ノイズを除去しています。 このフィルタの同相モード帯域幅は 29.5 MHz (20 Ω、270 pF)で、 差動帯域幅は 3.1 MHz (40 Ω、1.3 nF)です。 ノイズ削減のため VOCM 入力はバイパスされ、5 V 単電源で出 力ダイナミックレンジを最大にするように、1%抵抗を使って外 部から設定されます。 図 51. AD7982 を駆動する AD8475 の FFT 結果 +4.5V +5V 4V +2.5V +10V +2.5V VDD +IN 0.4x 0V 20V NC –OUT +IN 0.8x NC –IN 0.8x –IN 0.4x +OUT SDI 270pF 20Ω SCK AD7982 1.3nF SDO 270pF IN+ VOCM CNV REF –VS +4.5V +7V TO +18V GND +5V 2.5V 4V ADR435 VIO IN– 20Ω AD8475 –10V +1.8V TO +5V +0.5V +VS 10kΩ +5V 0.1µF 10kΩ 図 52.単電源高精度 ADC を駆動する工業用電圧信号の減衰とレベル・シフト Rev. 0 － 19/20 － 09432-167 +0.5V AD8475 外形寸法 3.10 3.00 2.90 10 3.10 3.00 2.90 1 5.15 4.90 4.65 6 5 PIN 1 IDENTIFIER 0.50 BSC 0.95 0.85 0.75 15° MAX 1.10 MAX 6° 0° 0.30 0.15 0.23 0.13 COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-BA 0.70 0.55 0.40 091709-A 0.15 0.05 COPLANARITY 0.10 図 53.10 ピン・ミニ・スモール・アウトライン・パッケージ[MSOP] (RM-10) 寸法: mm オーダー・ガイド Model1 Temperature Range Package Description Package Option Branding AD8475ARMZ AD8475ARMZ-R7 AD8475ARMZ-RL AD8475-EVALZ −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C 10-Lead Mini Small Outline Package [MSOP] 10-Lead Mini Small Outline Package [MSOP] 10-Lead Mini Small Outline Package [MSOP] AD8475 Evaluation Board RM-10 RM-10 RM-10 Y31 Y31 Y31 1 Z = RoHS 準拠製品 Rev. 0 － 20/20 －