低価格、低電圧12ビット ADC用差動ドライバ AD8137 機能ブロック図 特長 12ビットADCドライバ 携帯型計測器 バッテリ駆動アプリケーション シングルエンド／差動変換器 差動アクティブ・フィルタ ビデオ・アンプ レベル・シフタ 8 +IN V OCM 2 7 PD VS+ 3 6 VS– +OUT 4 5 –OUT 04771-0-001 –IN 1 図1 3 G=1 2 1 0 –1 G=5 –2 –3 G=2 –4 –5 G = 10 –6 –7 –8 –9 04771-0-002 アプリケーション AD8137 正規化されたクローズド・ループ・ゲイン （dB） 完全差動 超低消費電流（パワーダウン機能付き） 無負荷時電源電流：2.6mA（@5V） パワーダウン・モード時の消費電流：450µA（@5V） 高速性能 大信号3dB帯域幅：110MHz＠ゲイン＝1 スルーレート：450V/µs SFDR性能：12ビット@500kHz 高速セトリング時間：100ns（0.02％に対して） 低入力オフセット電圧：±2.6mV（max） 低入力オフセット電流：0.45µA（max） 差動入出力 差動／差動またはシングルエンド／差動変換動作 レールtoレール出力 調整可能な出力同相電圧 外部で調整可能なゲイン 広い電源電圧範囲：2.7∼12V 小型サイズのSOICパッケージ –10 RG = 1kΩ –11 V O, dm = 0.1V p-p –12 0.1 1 10 100 1000 周波数（MHz） 図2. さまざまなゲインでの小信号応答性 概要 AD8137は、アナログ・デバイセズ独自の第2世代XFCBプロセ レール to レール出力を備えた低価格差動ドライバ AD8137 は、 低消費電力と低コストが要求されるシステムでの12ビットA/D コンバータ（ADC）の駆動に最適です。AD8137は簡単に利用 でき、しかも内部に同相帰還アーキテクチャを採用しているた め、1本のピンに印加する電圧で出力同相電圧を制御できます。 さらに、内部帰還ループによって、平衡した出力を供給すると ともに、偶数次の高調波歪み成分も抑えます。 AD8137 では、 完全差動およびシングルエンド／差動変換のゲイン設定が簡単 にできます。4つの抵抗で構成される外部帰還ネットワークで、 アンプのクローズド・ループ・ゲインを決定します。パワーダ ウン機能は、低消費電力がきわめて重要なアプリケーションで 役に立ちます。 スで製造されており、非常に低い消費電力で高レベルの性能を 実現できます。 REV. A アナログ・デバイセズ株式会社 AD8137は、小型サイズの8ピンSOICパッケージで提供してい ます。−40∼＋125℃の拡張工業用温度範囲（3）で定格性能が 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。 © 2004 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 本 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MTビル2号 電話06（6350）6868 AD8137 目次 REVISION HISTORY 仕様 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 絶対最大定格 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 熱抵抗値. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 ESDに関する注意 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 ピン配置とピン機能の説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 代表的な性能特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 動作理論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 アプリケーション . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 RFおよびRGのマッチング・ネットワークを使用した 代表的なアプリケーションの解析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 マッチングされた帰還ネットワークによる ノイズ、ゲイン、帯域幅の概算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 12ビット以上の分解能を備えたADCの駆動 . . . . . . . . . . . . 22 外形寸法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 オーダー・ガイド. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 8/04—Data Sheet Changed from a Rev. 0 to Rev. A. Added 8-Lead LFCSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Universal Changes to Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Universal Changes to Product Title . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Changes to Figure 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Changes to Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Changes to Absolute Maximum Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Changes to Figure 4 and Figure 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Added Figure 6, Figure 20, Figure 23, Figure 35, Figure 48, and Figure 58; Renumbered Successive Figures . . . . . . . . . . . . 7 Changes to Figure 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Changes to Figure 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Changes to Figure 55 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Changes to Table 7 and Figure 63 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Changes to Equation 19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Changes to Figure 64 and Figure 65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Changes to Figure 66 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Added Driving an ADC with Greater Than 12-Bit Performance Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Changes to Ordering Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Updated Outline Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 5/04—Revision 0: Initial Version ―2― REV. A AD8137 仕様 表1. VS＝±5V、VOCM＝0V（特に指定のない限り、25℃、差動ゲイン＝1、RL, dm＝RF＝RG＝1kΩ。TMIN∼TMAX＝−40∼＋125℃） パラメータ 条件 Min Typ Max VO, dm＝0.1V p-p VO, dm＝2V p-p VO, dm＝2Vステップ VO, dm＝3.5Vステップ G＝2、VI、dm＝12V p-p三角波 64 79 76 110 450 100 85 MHz MHz V/µs ns ns 90 76 8.25 1 dB dB nV/ Hz pA/ Hz 単位 差動入力性能 動的性能 −3dB小信号帯域幅 −3dB大信号帯域幅 スルーレート セトリング時間（0.02％に対して） オーバードライブ復帰時間 ノイズ／高調波性能 SFDR 入力電圧ノイズ 入力電流ノイズ VO, dm＝2V p-p、fC＝500kHz VO, dm＝2V p-p、fC＝2MHz f＝50kHz∼1MHz f＝50kHz∼1MHz DC性能 入力オフセット電圧 入力オフセット電圧ドリフト 入力バイアス電流 入力オフセット電流 オープン・ループ・ゲイン 入力特性 入力同相電圧範囲 入力抵抗値 VIP＝VIN＝VOCM＝0V TMIN∼TMAX TMIN∼TMAX −2.6 入力容量 CMRR ∆VICM＝±1V 66 各シングルエンド出力、 RL, dm＝1kΩ VS–＋0.55 出力電流 出力平衡誤差 ＋2.6 3 0.5 0.1 91 1 0.45 −4 差動 同相 同相 出力特性 出力電圧振幅 ±0.7 f＝1MHz mV µV/℃ µA µA dB ＋4 V kΩ kΩ pF dB VS+−0.55 V 800 400 1.8 79 20 −64 mA dB 58 63 1.000 MHz V/µs V/V VOCM∼VO, cmの電圧性能 VOCMの動的性能 −3dB帯域幅 スルーレート ゲイン VO, cm＝0.1V p-p VO, cm＝0.5V p-p 0.992 1.008 VOCMの入力特性 入力電圧範囲 入力抵抗値 入力オフセット電圧 入力電圧ノイズ 入力バイアス電流 CMRR −4 −28 f＝100kHz∼1MHz ∆VO, dm /∆VOCM、∆VOCM＝±0.5V 62 4 35 ±11 18 0.3 75 ＋28 1.1 V kΩ mV nV/ Hz µA dB 電源 動作電圧範囲 無負荷時電源電流 無負荷時電源電流、ディスエーブル時 PSRR ___ PDピン スレッショールド電圧 入力電流 ＋2.7 パワーダウン＝ローレベル ∆VS＝±1V 79 VS–＋0.7 パワーダウン＝ハイレベル／ローレベル −40 動作温度範囲 REV. A ―3― 3.2 750 91 ±6 3.6 900 VS–＋1.7 150/210 170/240 ＋125 V mA µA dB V µA ℃ AD8137 表2. VS＝5V、VOCM＝2.5V（特に指定のない限り、25℃、差動ゲイン＝1、RL, dm＝RF＝RG＝1kΩ。TMIN∼TMAX＝−40∼＋125℃） パラメータ 条件 Min Typ Max VO, dm＝0.1V p-p VO, dm＝2V p-p VO, dm＝2Vステップ VO, dm＝3.5Vステップ G＝2、VI, dm＝7V p-p三角波 63 76 75 107 375 110 90 MHz MHz V/µs ns ns 89 73 8.25 1 dB dB nV/ Hz pA/ Hz 単位 差動入力性能 動的性能 −3dB小信号帯域幅 −3dB大信号帯域幅 スルーレート セトリング時間（0.02％に対して） オーバードライブ復帰時間 ノイズ／高調波性能 SFDR 入力電圧ノイズ 入力電流ノイズ VO, dm＝2V p-p、fC＝500kHz VO, dm＝2V p-p、fC＝2MHz f＝50kHz∼1MHz f＝50kHz∼1MHz DC性能 入力オフセット電圧 入力オフセット電圧ドリフト 入力バイアス電流 入力オフセット電流 オープン・ループ・ゲイン 入力特性 入力同相電圧範囲 入力抵抗値 VIP＝VIN＝VOCM＝0V TMIN∼TMAX TMIN∼TMAX −2.7 入力容量 CMRR ∆VICM＝±1V 64 各シングルエンド出力、 RL, dm＝1kΩ VS–＋0.45 出力電流 出力平衡誤差 ＋2.7 3 0.5 0.1 89 0.9 0.45 1 差動 同相 同相 出力特性 出力電圧振幅 ±0.7 f＝1MHz mV µV/℃ µA µA dB 4 V kΩ kΩ pF dB VS+−0.45 V 800 400 1.8 90 20 −64 mA dB 60 61 1.000 MHz V/µs V/V VOCM∼VO, cmの電圧性能 VOCMの動的性能 −3dB帯域幅 スルーレート ゲイン VO, cm＝0.1V p-p VO, cm＝0.5V p-p 0.980 1.020 VOCMの入力特性 入力電圧範囲 入力抵抗値 入力オフセット電圧 入力電圧ノイズ 入力バイアス電流 CMRR 電源 動作電圧範囲 無負荷時電源電流 無負荷時電源電流、ディスエーブル時 PSRR ___ PDピン スレッショールド電圧 入力電流 1 −25 f＝100kHz∼5MHz ∆VO, dm /∆VOCM、∆VOCM＝±0.5V 62 4 35 ±7.5 18 0.25 75 ＋2.7 パワーダウン＝ローレベル ∆VS＝±1V 79 2.6 450 91 VS–＋0.7 50/110 パワーダウン＝ハイレベル／ローレベル −40 動作温度範囲 ―4― ＋25 0.9 V kΩ mV nV/ Hz µA dB ±6 2.8 600 V mA µA dB VS–＋1.5 60/120 V µA ＋125 ℃ REV. A AD8137 表3. VS＝3V、VOCM＝1.5V（特に指定のない限り、25℃、差動ゲイン＝1、RL, dm＝RF＝RG＝1kΩでの値。TMIN∼TMAX＝−40∼＋ 125℃） パラメータ 条件 Min Typ Max VO, dm＝0.1V p-p VO, dm＝2V p-p VO, dm＝2Vステップ VO, dm＝3.5Vステップ G＝2、VI, dm＝5V p-p三角波 61 62 73 93 340 110 100 MHz MHz V/µs ns ns 89 71 8.25 1 dB dB nV/ Hz pA/ Hz 単位 差動入力性能 動的性能 −3dB小信号帯域幅 −3dB大信号帯域幅 スルーレート セトリング時間（0.02％に対して） オーバードライブ復帰時間 ノイズ／高調波性能 SFDR 入力電圧ノイズ 入力電流ノイズ VO, dm＝2V p-p、fC＝500kHz VO, dm＝2V p-p、fC＝2MHz f＝50kHz∼1MHz f＝50kHz∼1MHz DC性能 入力オフセット電圧 入力オフセット電圧ドリフト 入力バイアス電流 入力オフセット電流 オープン・ループ・ゲイン 入力特性 入力同相電圧範囲 入力抵抗値 入力容量 CMRR 出力特性 出力電圧振幅 出力電流 出力平衡誤差 VIP＝VIN＝VOCM＝0V TMIN∼TMAX TMIN∼TMAX −2.75 ±0.7 ＋2.75 3 0.5 0.1 87 0.9 0.4 1 差動 同相 同相 ∆VICM＝±1V 64 各シングルエンド出力、 RL, dm＝1kΩ f＝1MHz 2 V MΩ MΩ pF dB VS+−0.37 V 800 400 1.8 80 VS–＋0.37 mV µV/℃ µA µA dB 20 −64 mA dB 61 59 1.00 MHz V/µs V/V VOCM∼VO, cmの電圧性能 VOCMの動的性能 −3dB帯域幅 スルーレート ゲイン VO, cm＝0.1V p-p VO, cm＝0.5V p-p 0.96 1.04 VOCMの入力特性 入力電圧範囲 入力抵抗値 入力オフセット電圧 入力電圧ノイズ 入力バイアス電流 CMRR 電源 動作電圧範囲 無負荷時電源電流 無負荷時電源電流、ディスエーブル時 PSRR ___ PDピン スレッショールド電圧 入力電流 1.0 −25 f＝100kHz∼5MHz ∆VO, dm /∆VOCM、∆VOCM＝±0.5V ＋2.7 パワーダウン＝ローレベル ∆VS＝±1V 78 2.3 345 90 VS–＋0.7 パワーダウン＝ハイレベル／ローレベル 8/65 −40 動作温度範囲 REV. A 62 2.0 35 ±5.5 18 0.3 74 ―5― ＋25 0.7 V kΩ mV nV/ Hz µA dB ±6 2.5 460 V mA µA dB VS–＋1.5 10/70 V µA ＋125 ℃ AD8137 絶対最大定格 表4 パラメータ 定格値 電源電圧 12V VS+∼VS– 図3を参照 VS+∼VS– −65∼＋125℃ −40∼＋125℃ 300℃ VOCM 消費電力 入力同相電圧 保存温度 動作温度範囲 リード温度範囲 （ハンダ付け、10秒） ジャンクション温度 パッケージ内部で消費される電力（PD）は、すべての出力に対 する負荷の駆動によってパッケージ内部で消費される電力と無 負荷時の消費電力を加えた合計値です。無負荷時の電力は、電 源ピン上の電圧（VS）に無負荷時電源電流（IS）を乗じた値の 範囲内にあります。負荷電流は、負荷に流れる差動電流と同相 電流、および外部の帰還ネットワークと内部の同相帰還ループ を通過して流れる電流で構成されます。同相帰還ループに使用 する内部抵抗タップにより、出力に1kΩの差動負荷がかかりま す。AC信号を扱う場合は、RMS出力電圧に配慮する必要があ ります。 150℃ θJAは気流によって低下しますが、そのほかに金属製のパターン 配線、スルーホール、グラウンド、電源プレーンがパッケージ のピンに直接接触する割合が高くなることによっても、θJAが低 下します。 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み を指定するものであり、この仕様の動作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 に影響を与えることがあります。 図3 に、周囲温度に対するパッケージの最大安全消費電力の特 性を示します。これは、JEDEC規格に適合する4層の回路基板 に 8 ピン SOIC パッケージ（ 125 ℃ /W ）、または LFCSP （ θ JA ＝ 70℃/W）を実装した場合で、θJAは概算値です。 熱抵抗値 3.0 θJAは、最悪時の条件、すなわち静止空気中で回路基板にデバイ スをハンダ付けした状態で規定しています。 2.5 熱抵抗値 パッケージのタイプ θJA θJC 単位 SOIC-8/2層 SOIC-8/4層 LFCSP/4層 157 125 70 56 56 56 ℃/W ℃/W ℃/W 最大消費電力（W） 表5. LFCSP 2.0 1.5 1.0 0.5 最大消費電力 AD8137のパッケージの最大安全消費電力は、ダイ上のジャン クション温度（TJ）が電力に伴って上昇することによって制限 されます。ガラス遷移温度である約150℃で、プラスチックの 0 –40 –30 –20 –10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 04771-0-022 SOIC-8 周囲温度（℃） 特性が変化します。この温度限界値を一時的に超過しても、 パッケージがダイに加える応力が変化し、AD8137のパラメー タ性能が恒久的に変化します。長時間にわたりジャンクション 温度が175℃を超えると、シリコン・デバイスの特性が変化し、 動作不良が生じる可能性が高くなります。 図3. 4層の回路基板を使用した場合の最大消費電力の温度特性 注意 ESD（静電放電）の影響を受けやすいデバイスです。人体や試験機器には4000Vもの高圧の静 電気が容易に蓄積され、検知されないまま放電されることがあります。本製品は当社独自の 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、回復 不能の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。 ―6― REV. A AD8137 ピン配置とピン機能の説明 8 +IN V OCM 2 7 PD VS+ 3 6 VS– +OUT 4 5 –OUT 図4. 表6. 04771-0-001 AD8137 –IN 1 ピン配置 ピン機能の説明 ピン番号 名称 説明 1 –IN 反転入力 2 VOCM アンプの動作の直線性が維持されてい れば、内部帰還ループが出力同相電圧 をVOCMピンに印加される電圧に等し くなるように駆動します。 3 VS+ 正の電源電圧 4 +OUT 正側の差動出力 5 –OUT 負側の差動出力 6 VS– ___ PD 負の電源電圧 7 8 +IN 非反転入力 パワーダウン RF 50Ω 電源中央値 – + AD8137 V OCM 52.3Ω RL, dm 1kΩ – 50Ω RG = 1kΩ V O, dm + CF テスト 信号源 04771-0-023 V TEST CF RG = 1kΩ 52.3Ω RF 図5. 基本的なテスト回路 RF = 1kΩ V TEST RS RG = 1kΩ 52.3Ω 電源中央値 AD8137 V OCM 52.3Ω 50Ω 容量性負荷のテスト回路（G＝1） ―7― RL, dm V O, dm + RS RF = 1kΩ 図6. REV. A CL, dm – RG = 1kΩ テスト 信号源 – + 04771-0-062 50Ω AD8137 代表的な性能特性 特に指定のない限り、差動ゲイン＝1、RG＝RF＝RL, dm＝1kΩ、VS＝5V、TA＝25℃、VOCM＝2.5V。各パラメータについては、図5の 「基本的なテスト回路」を参照してください。 3 3 G=1 –1 G=2 G=5 –2 –3 –4 –5 G = 10 –6 –7 –8 –9 –10 –11 –12 0.1 RG = 1kΩ V O, dm = 0.1V p-p 1 10 100 1000 G=1 1 0 –1 G=2 –2 –3 G=5 –4 –5 G = 10 –6 –7 –8 –9 04771-0-004 正規化されたクローズド・ループ・ゲイン （dB） 2 1 0 04771-0-002 正規化されたクローズド・ループ・ゲイン （dB） 2 –10 RG = 1kΩ –11 V O, dm = 2.0V p-p –12 0.1 1 10 周波数（MHz） 図7. 図10. さまざまなゲインでの小信号周波数応答性 3 V S = +3 さまざまなゲインでの大信号周波数応答 性 3 V S = +5 2 クローズド・ループ・ゲイン （dB） 1 0 V S = ±5 –1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8 –9 V S = +3 1 0 V S = ±5 –1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –10 –11 –12 V O, dm = 0.1V p-p 1 10 100 –9 –10 –11 1000 04771-0-005 –8 04771-0-003 クローズド・ループ・ゲイン （dB） 1000 4 V S = +5 2 V O, dm = 2.0V p-p 1 10 周波数（MHz） 図11. さまざまな電源での小信号周波数応答性 3 4 2 3 1 2 クローズド・ループ・ゲイン （dB） 0 –1 T = +85°C –2 –3 T = +25°C –4 T = +125°C –5 T = –40°C –6 –7 –8 04771-0-006 –9 –10 –11 V O, dm = 0.1V p-p –12 1 10 1000 100 さまざまな電源での大信号周波数応答性 T = +25°C 1 0 –1 T = +85°C –2 –3 –4 T = +125°C –5 –6 –7 –8 T = –40°C –9 –10 V O, dm = 2.0V p-p –11 1000 1 10 周波数（MHz） 図9. 100 周波数（MHz） 04771-0-007 図8. クローズド・ループ・ゲイン （dB） 100 周波数（MHz） 100 1000 周波数（MHz） 図12. さまざまな温度での小信号周波数応答性 ―8― さまざまな温度での大信号周波数応答性 REV. A AD8137 3 3 RL, dm = 500Ω RL, dm = 1kΩ 2 2 1 0 クローズド・ループ・ゲイン （dB） RL, dm = 2kΩ –1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8 0 –1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 RL, dm = 2kΩ –8 RL, dm = 500Ω 04771-0-041 –11 –12 V O, dm = 0.1V p-p 1 10 100 –10 RL, dm = 1kΩ –11 –12 1000 V O, dm = 2V p-p 1 10 周波数（MHz） 図13. さまざまな負荷での大信号周波数応答性 CF = 1pF –1 –2 –3 CF = 2pF –4 –5 –6 –7 –8 –9 –10 –11 –12 V O, dm = 0.1V p-p 1 10 100 1 0 CF = 1pF –1 –2 –3 CF = 2pF –4 –5 –6 –7 –8 –9 04771-0-009 クローズド・ループ・ゲイン （dB） 1 0 CF = 0pF 2 CF = 0pF 04771-0-008 クローズド・ループ・ゲイン （dB） 1000 3 2 –10 –11 –12 1000 V O, dm = 2.0V p-p 1 10 周波数（MHz） 図14. さまざまなCFでの小信号周波数応答性 V OCM = 4V 1 図17. さまざまなCFでの大信号周波数応答性 2 1 –1 0 クローズド・ループ・ゲイン （dB） V OCM = 1V –3 –4 –5 –6 –7 –8 –9 –10 0.2V p-p –1 0.5V p-p –2 –3 –4 –5 –6 –7 2V p-p –8 04771-0-042 –9 –11 –12 –13 V O, dm = 0.1V p-p 1 10 100 1V p-p 0.1V p-p –10 –11 –12 1000 1 10 周波数（MHz） 図15. 1000 3 V OCM = 2.5V 0 –2 100 周波数（MHz） 2 クローズド・ループ・ゲイン （dB） 100 周波数（MHz） 図16. さまざまな負荷での小信号周波数応答性 3 REV. A 04771-0-043 –9 –9 –10 04771-0-044 クローズド・ループ・ゲイン （dB） 1 100 1000 周波数（MHz） さまざまなVOCMでの小信号周波数応答性 図18. ―9― さまざまな出力振幅に対する周波数応答性 4 4 3 3 2 2 RF = 500Ω RF = 2kΩ –2 –3 RF = 1kΩ –4 –5 –6 –7 –8 G= 1 V S = ±5V V O, dm = 0.1V p-p –9 –10 –11 1 1 0 –1 –2 10 100 RF = 2kΩ –3 –5 RF = 1kΩ –6 –7 –8 –9 G=1 V O, dm = 2V p-p –10 –11 1000 1 10 周波数（MHz） 図19. さまざまなRFでの小信号周波数応答性 図22. さまざまなRFでの大信号周波数応答性 G=1 V O, dm = 2V p-p –50 V S = +3V –60 歪み（dBc） –80 V S = +5V –85 V S = ±5V –90 V S = +3V –70 V S = +5V –80 V S = ±5V –90 04771-0-045 –95 –100 –105 0.1 1 04771-0-063 歪み（dBc） 1000 –40 G=1 V O, dm = 2V p-p –75 –100 –110 0.1 10 1 10 周波数（MHz） 周波数（MHz） 図20. 周波数および電源 対 2次高調波歪み 図23. 周波数および電源 対 3次高調波歪み –50 –55 100 周波数（MHz） –65 –70 RF = 500Ω –4 04771-0-036 0 –1 クローズド・ループ・ゲイン （dB） 1 04771-0-037 クローズド・ループ・ゲイン （dB） AD8137 –50 FC = 500kHz 2次高調波歪み：実線 3次高調波歪み：点線 –55 –60 V S = +3V –60 V S = +5V –65 –65 –75 歪み（dBc） –70 V S = +3V –80 V S = +3V –75 –80 –85 V S = +3V V S = +5V –90 –95 1.25 2.25 3.25 4.25 5.25 6.25 7.25 8.25 FC = 2MHz 2次高調波歪み：実線 3次高調波歪み：点線 –95 –100 0.25 9.25 1.25 2.25 3.25 4.25 5.25 6.25 7.25 04771-0-026 –90 –100 0.25 –70 V S = +5V –85 04771-0-027 歪み（dBc） V S = +5V 8.25 V0, dm（V p-p） VO、dm（V p-p） 図21. 出力振幅および電源 対 高調波歪み （FC＝500kHz） 図24. 出力振幅および電源 対 高調波歪み （FC＝2MHz） ― 10 ― 9.25 REV. A AD8137 –40 –40 V O, dm = 2V p-p V O, dm = 2V p-p –50 –50 –60 RL, dm = 200Ω –80 RL, dm = 1kΩ –80 RL, dm = 1kΩ RL, dm = 500Ω –90 04771-0-032 –90 –100 –110 0.1 RL, dm = 200Ω –70 1 RL, dm = 500Ω –100 –110 0.1 10 1 周波数（MHz） 図25. 04771-0-033 –70 歪み（dBc） 歪み（dBc） –60 10 周波数（MHz） さまざまな負荷での2次高調波歪み 図28. –40 さまざまな負荷での3次高調波歪み –40 V O, dm = 2V p-p RG = 1kΩ V O, dm = 2V p-p RG = 1kΩ –50 –50 G=2 –60 –60 G=5 歪み（dBc） 歪み（dBc） G=5 –70 G=1 –80 –70 G=2 –80 G=1 –100 –110 0.1 1 04771-0-035 –90 04771-0-034 –90 –100 –110 0.1 10 1 周波数（MHz） 図26. さまざまなゲインでの2次高調波歪み 図29. –40 V O, dm = 2V p-p G=1 –50 –50 –60 –60 RF = 500Ω –70 –80 RF = 2kΩ –90 04771-0-030 –110 0.1 1 –80 –90 RF = 1kΩ –100 –70 RF = 500Ω –100 –110 0.1 10 RF = 2kΩ RF = 1kΩ 1 周波数（MHz） 図27. 周波数（MHz） さまざまなRFでの2次高調波歪み 図30. ― 11 ― さまざまなRFでの3次高調波歪み 04771-0-031 歪み（dBc） 歪み（dBc） さまざまなゲインでの3次高調波歪み –40 V O, dm = 2V p-p G=1 REV. A 10 周波数（MHz） 10 AD8137 –50 –50 FC = 500kHz V O, dm = 2V p-p 2次高調波歪み：実線 3次高調波歪み：点線 –60 –60 –70 歪み（dBc） –70 –80 –90 –90 –100 –100 –110 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 –110 0.5 4.5 04771-0-029 –80 04771-0-028 歪み（dBc） FC = 500kHz V O, dm = 2V p-p 2次高調波歪み：実線 3次高調波歪み：点線 0.7 0.9 1.1 VOCM 対 高調波歪み（VS＝＋5V） 図34. 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 VOCM 対 高調波歪み（VS＝＋3V） 1000 1 10 04771-0-046 10 100 1k 10k 100k 1M 10M 100 10 1 10 100M 04771-0-047 VOCMノイズ（nV/ Hz） 100 入力電圧ノイズ（nV/ Hz） 1.5 VOCM（V） VOCM（V） 図31. 1.3 100 1k 図32. 10k 100k 1M 10M 100M 周波数（Hz） 周波数（Hz） 図35. 入力電圧ノイズの周波数特性 20 VOCM電圧ノイズの周波数特性 –10 V IN, cm = 0.2V p-p 入力CMRR = ∆V O, cm/∆V IN, cm 10 V O, cm = 0.2V p-p V OCM CMRR = ∆V O, dm/ ∆V OCM –20 0 –30 VOCMCMRR（dB） –20 –30 –40 –50 –40 –50 –60 –70 –80 1 10 04771-0-012 –60 04771-0-013 CMRR（dB） –10 –70 –80 1 100 10 周波数（MHz） 図33. 100 周波数（MHz） CMRRの周波数特性 図36. ― 12 ― VOCM CMRRの周波数特性 REV. A AD8137 2.0 8 G=2 入力×2 2 0.5 0 0 誤差 = V O, dm −入力 –2 –0.5 –4 –1.0 –6 250ns/DIV –8 04771-0-016 TSETTLE = 110ns –1.5 50ns/DIV –2.0 時間（ns） 時間（ns） 図37. 04771-0-040 1.0 振幅（V） 4 誤差（V）1DV＝0.02％ CF = 0pF V O, dm = 3.5V p-p 入力 出力 電圧（V） V O, dm 1.5 6 図40. オーバードライブ復帰特性 100 セトリング時間（0.02％） 1.5 CF = 0pF 75 2V p-p 1.0 CF = 1pF CF = 0pF 50 CF = 1pF 1V p-p 0.5 25 VO、dm（mV） VO、dm（mV） CF = 0pF 0 –25 CF = 1pF 0 –0.5 V O, dm = 100mV p-p 10ns/DIV –100 –1.0 04771-0-015 –75 20ns/DIV –1.5 時間（ns） 時間（ns） 図38. さまざまな帰還コンデンサ使用時の 小信号過渡応答性 図41. さまざまな帰還コンデンサ使用時の 大信号過渡応答性 100 04771-0-014 –50 1.5 RS = 111, CL = 5pF 75 1.0 50 0.5 VO、dm（mV） VO、dm（mV） RS = 111, CL = 5pF 25 0 –25 RS = 60.4, CL = 15pF RS = 60.4, CL = 15pF 0 –0.5 20ns/DIV –100 REV. A –1.0 04771-0-039 –75 20ns/DIV –1.5 時間（ns） 時間（ns） 図39. さまざまな容量性負荷に対する 小信号過渡応答性 図42. さまざまな容量性負荷に対する 大信号過渡応答性 ― 13 ― 04771-0-038 –50 AD8137 –5 1000 PSRR = ∆V O, dm/∆V S –15 100 出力インピーダンス（Ω） PSRR（dB） –25 –35 –PSRR –45 +PSRR –55 10 1 –65 –85 0.1 1 10 04771-0-061 04771-0-011 0.1 –75 0.01 0.01 100 0.1 1 周波数（MHz） 図43. 10 100 周波数（MHz） PSRRの周波数特性 図46. シングルエンド出力インピーダンスの 周波数特性 1 4.0 –1 –2 3.5 2V p-p –3 –4 –5 VO、cm（V） 3.0 –6 –7 V S = ±5 V S = +5 –8 –9 1V p-p 2.5 2.0 –10 V S = +3 –12 –13 –14 V O, dm = 0.1V p-p 1 1.5 10 100 20ns/DIV 1.0 1000 周波数（MHz） 時間（ns） 図44. さまざまな電源でのVOCMの 小信号周波数応答性 図47. 700 VOCMの大信号過渡応答性 350 –300 600 345 電源レールからのVOP（mV） V S+ – V OP 400 300 200 100 V S = +5V V S = +3V –200 –300 340 –310 335 –315 V S+ – V OP 330 –320 V ON – V S– –400 –500 –600 325 –700 200 1k 320 –40 10k –325 –330 –20 0 40 60 80 100 120 温度（℃） 抵抗性負荷（Ω） 図45. 20 図48. 出力負荷 対 出力飽和電圧 ― 14 ― 出力飽和電圧の温度特性 REV. A 04771-0-065 0 –100 –305 V ON – V S– 電源レールからのVON（mV） 500 04771-0-049 電源レールからのシングルエンド出力振幅（mV） 04771-0-050 –11 04771-0-010 クローズド・ループ・ゲイン （dB） 0 AD8137 0.3 15 2.60 10 2.55 0.1 5 2.50 0 0 –0.1 5 –0.2 10 0.2 –15 –20 0 20 40 60 80 100 電源電流（mA） VOS、cm（mV） 2.45 2.40 2.35 2.30 –40 120 04771-0-051 –0.3 –40 V OS, dm 04771-0-052 VOS、dm（mV） V OS, cm –20 0 20 温度（℃） 図49. 40 60 80 100 120 温度（℃） 図52. オフセット電圧の温度特性 1.2 電源電流の温度特性 70L 1.0 50 30 0.6 IVOCM（oA） 0.4 0.2 10 –10 –30 04771-0-059 0 –0.2 –0.4 0.50 1.50 2.50 3.50 04771-0-056 入力バイアス電流（µA） 0.8 –50 –70 4.50 0 0.5 1.0 1.5 2.0 VACM（V） 図50. 入力同相電圧VACM 対 入力バイアス電流 0.40 図53. 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 VOCM入力電圧 対 VOCM入力バイアス電流 –0.1 3 0.35 2 IBIAS 0.25 0 IOS 0.20 –1 0.15 –2 IOS（nA） 1 VOCM電流（µA） –0.2 0.30 IBIAS（oA） 2.5 VCOM（V） –0.3 –3 –20 0 20 40 60 80 100 120 –0.5 –40 04771-0-054 0.10 –40 04771-0-053 –0.4 –20 0 温度（℃） 40 60 80 100 温度（℃） 図51. 入力バイアス電流と入力オフセット電流 の温度特性 REV. A 20 図54. ― 15 ― VOCMバイアス電流の温度特性 120 AD8137 1.5 5 V S = +5V V S = ±2.5V G = 1 (R F = RG = 1kΩ) RL, dm = 1kΩ 入力＝1Vp-p @ 1MHz 4 1.0 3 V O, dm V S = +3V 1 0 –1 V S = ± 5V –2 –1.0 04771-0-060 –4 –5 –4 –3 –2 –1 0 1 0 –0.5 –3 –5 0.5 2 3 4 –0.5V PD 5 時間（µS） VOCM 図55. 2µs/DIV –2.0V –1.5 04771-0-066 VO、cm 電源電流（mA） 2 VOCM入力電圧 対 VO, cm 図58. 40 L パワーダウンの過渡応答性 3.6 3.2 20 PD（0.8∼1.5V） 2.8 電源電流（mA） –20 –40 –60 2.4 2.0 1.6 1.2 –80 04771-0-057 0.8 –100 –120 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.4 100ns/DIV 0 04771-0-024 PD電流（µA） 0 5.0 時間（ns） PD電圧（V） ___ ___ 図56. PD 電圧 対 PD 電流 図59. 3 パワーダウンのターンオン時間 3.4 PD（1.5∼0.8V） IS + 3.0 2 電源電流（mA） 0 2.2 1.8 1.4 –1 IS– –3 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.6 40ns/DIV 0.2 04771-0-025 1.0 –2 04771-0-058 電源電流（mA） 2.6 1 5.0 PD電圧（V） 時間（ns） ___ 図57. PD 電圧 対 電源電流 図60. ― 16 ― パワーダウンのターンオフ時間 REV. A AD8137 動作理論 100 AD8137は低消費電力、低価格、完全差動の電圧帰還型アンプ です。レールtoレール出力段、同相のリファレンス電圧を内部 80 60 で生成する同相回路、バイアス・シャットダウン回路を備えて います。このアンプは2 つの帰還ループを使用して、差動の帰 還と同相の帰還を別々に制御します。差動ゲインは従来のアン プと同じように外付けの抵抗を用いて設定しますが、出力同相 電圧は内部帰還ループによって設定します。この内部帰還ルー プは、外部のVOCM入力で制御します。このアーキテクチャによ り、出力同相電圧レベルを任意に設定することが簡単にでき、 アンプの差動ゲインに影響を及ぼすことはありません。 40 20 オープン・ループ・ゲイン （dB） 0 –20 –40 –60 –80 –100 位相（度） –120 04771-0-021 –140 –160 –180 –200 0.0001 V OCM 0.001 A CM –OUT CP +IN 図61. –IN CN +OUT 図62. CC ブロック図 図61に示すように、入力トランスコンダクタンス段はHブリッ ジになっており、その出力電流は高インピーダンスのノードCP とCNにミラー化されています。出力段はHブリッジで駆動する 従来方式の回路であり、コモン・エミッタ・デバイスによっ て＋ OUT と− OUT の各ノードを駆動します。アンプの 3dB ポ イントは、以下の式によって表すことができます。 BW＝ 1 10 100 gm 2π×CC オープン・ループ・ゲインと位相 図61では、同相帰還アンプACMが出力同相電圧をサンプリング し、負の帰還によってVOCM入力に印加される電圧に等しくなる ように強制設定されます。要するに、帰還ループが出力同相電 圧をVOCM入力に加える電圧のサーボ・ループとなっています。 内部バイアス発生器がVOCMのレベルを電源中央値にほぼ等しい 電圧に設定するので、VOCM入力がフローティング状態のときに、 出力同相電圧はほぼ電源中央値に等しい値に設定されます。内 部バイアス発生器の信号源抵抗値が大きいため、出力抵抗値が 比較的小さい信号源から供給する外部電圧によって簡単に無効 にできます。VOCM入力は同相帰還ループの動作の直線性を維持 して、電源レールの約1V以内まで駆動できます。 AD8137内部の同相帰還ループは、それほどマッチングのとれて いない部品を外付けしても、広い周波数範囲で高度に平衡した 出力を生成します。これは、出力同相電圧の信号成分をゼロに 強制設定するためです。その結果、振幅が同じで、しかも位相 が正確に180°ずれた、ほぼ完全に平衡した出力が得られます。 ここで、gmは入力段のトランスコンダクタンスで、CCはノード CP/CNの合計容量です（CPとCNの容量はマッチングされてい ます）。 AD8137 では、入力段の g m は約 1mA/V 、 C C の容量は 3.5pF、アンプのクロスオーバー周波数は41MHzとなっていま す。一般的にはこの周波数でアンプのユニティ・ゲイン帯域幅 が決まりますが、AD8137 の場合は、クローズド・ループ帯域 幅が帰還抵抗の数値にも依存します（図19を参照）。オープン・ ループ・ゲインと位相のシミュレーションを図62に示します。 REV. A 0.1 周波数（MHz） 04771-0-017 CC 0.01 ― 17 ― AD8137 アプリケーション RFおよびRGのマッチング・ネットワークを使 用した代表的なアプリケーションの解析 代表的な接続と用語の定義 図 63 に、マッチングした R F /R G ネットワークを外付けした AD8137の代表的な接続を示します。AD8137の差動入力端子 V A P と V A N をサミング・ジャンクションとして使用します。 VOCM端子に加えられる外部リファレンス電圧によって、出力同 相電圧を設定します。V OP とV ON の2 本の出力端子上の電圧は、 1つの入力信号に対応して平衡を保ちながらそれぞれ逆位相と なります。 出力平衡を測定するには、マッチングの優れた抵抗分圧器を差 動電圧出力の間に接続し、この分圧器のミッドポイント信号を 差動出力の振幅と比較します。以下の式に示すように、出力平 衡は出力同相電圧の変化の大きさを出力差動電圧の変化の大き さで割った値になります。 出力平衡＝ VAN＝VAP V AP V OCM V IN V ON + AD8137 RG V AN – RL, dm V O, dm V OP – + VOP＝VOCM ＋ CF 04771-0-055 RF 図63. VO, dm 2 （5） VO, dm 2 （6） および VON＝VOCM − 代表的な接続 差動出力電圧は、以下の式によって表すことができます。 VO, dm＝VOP−VON （4） 同相帰還ループは、図61の2本の内部同相タップ抵抗のミッド ポイントでサンプリングされる出力同相電圧が、VOCM端子に設 定される電圧に等しくなるように駆動します。 RF RG （3） ∆VO, dm 差動負帰還は、サミング・ジャンクション V AN と V AP の電圧を この2つが基本的に等しくなるように駆動します。 CF V IP ∆VO, cm （1） マッチングされた帰還ネットワークによる ノイズ、ゲイン、帯域幅の概算 出力ノイズ電圧と帯域幅の概算 同相電圧は、2つの電圧を平均した電圧です。出力同相電圧は、 以下の式によって表すことができます。 VO, cm＝ VOP＋VON 2 （2） 出力平衡 出力平衡は、VOPとVONの振幅がどの程度良好にマッチングして いるか、また2つの位相がどの程度の精度で180°ずれているか を判断するための目安になります。出力同相電圧の信号成分を ゼロの方向に強制的に設定する内部同相帰還ループであるた め、振幅が同じで、位相が正確に180°異なっている、ほぼ完 全に平衡した差動出力が得られます。出力平衡性能のためにそ れほどマッチングした部品を使用しなくてもすみ、各ループの 帰還係数を互いに等しくする必要もありません。低周波数での 出力平衡は、内部の分圧器のミスマッチングによって最終的に 制限されます。 出力ノイズの合計値は、互いに依存していないいくつかの信号 源のノイズの2 乗和平方根の合計値に相当します。信号源が互 いに依存していないため、各信号源のノイズ成分を別々に2 乗 和平方根の計算に入れる必要があります。表7 に、さまざまな クローズド・ループ・ゲインに対する推奨抵抗値と、帯域幅と 出力差動電圧ノイズの概算値を示します。ほとんどのアプリ ケーションにおいて、1％の抵抗で十分です。 表7. さまざまなクローズド・ループ・ゲインに対する 推奨抵抗値と概算合計出力ノイズ ― 18 ― ゲイン R（ G Ω） R（ F Ω） 3dB帯域幅 （MHz） 1 1k 1k 72 18.6 2 1k 2k 40 28.9 5 1k 5k 12 60.1 10 1k 10k 6 112.0 合計出力ノイズ （nV/ Hz ） REV. A AD8137 差動出力電圧ノイズには、AD8137の入力電圧ノイズと入力電 流ノイズの成分のほか、外部帰還ネットワークから生じるノイ ズ成分が含まれます。 帰還係数の使用 差動ドライバを使用する場合は、帰還係数βを利用すると便利 です。これは、以下のように定義できます。 入力電圧ノイズのスペクトル密度に由来するノイズ成分は、以 下の式で求めることができます。 RF Vo_n1＝vn 1+ R またはvn /β G （7） ここで、vnは入力換算の差動電圧ノイズです。この式は、従来 のオペアンプのものと同じです。 各入力の入力電流ノイズに由来する成分は、以下の式で求める ことができます。 Vo_n2＝in (RF) （8） β≡ RG RF＋RG （14） 帰還係数βは従来の帰還解析に矛盾することなく、特に2つの帰 還ループがマッチングしないときに用いると非常に便利です。 入力同相電圧 V AN とV AP の各端子の直線性の範囲は、正または負の電源レー ルの約1V以内まで拡張されています。基本的にVANとVAPは互 いに等しいため、ともにアンプの入力同相電圧に等しい値にな ります。その電圧範囲は、仕様の表に入力同相電圧範囲として 記載されています。図63 の接続図のV AN とV AP の電圧は、以下 の式で表すことができます。 ここで、inは1つの入力の入力ノイズ電流です。2つの入力電流 は統計上独立したプロセスになるため、各入力を別々に扱う必 要があります。 VAN＝VAP＝VACM＝ (V V ) RF RG × IP + IN + ×VOCM RF + RG RF + RG 2 各RGに由来するノイズ成分は、以下の式で求めることができます。 （15） ここで、VACMはアンプの入力端子上に存在する同相電圧です。 R Vo_n3＝ 4kTRG R F G （ 9） この結果は、各RGに差動ゲイン値を乗じた熱ノイズということ がわかります。 βを用いると、式15は次のように書き表すことができます。 VACM＝β VOCM＋ （1−β）VICM あるいは VACM＝VICM＋β（VOCM −VICM ） 各RFに由来するノイズ成分は、以下の式で求めることができます。 Vo_n4＝ 4kTRF （10） 電圧ゲイン シングルエンド入力差動出力構成のノード電圧の特性は、信号 の定義と図 63 から導出できます。図 63 （ C F ＝ 0 ）を参照し、 VIN＝0に設定すると、以下の式が得られます。 VIP−VAP VAP−VON RG ＝ RF （11） RG VAN＝VAP＝VOP R + R F G （12） この2つの式を計算し、VIPをViに設定すると、VO, dm /Viのゲイン 関係式が得られます。 RF VOP−VON＝VO, dm＝ R Vi （13） （16） （17） ここで、VICMは入力信号の同相電圧です。これは、次の式で求 めることができます。 VICM ≡ VIP＋VIN 2 正しい動作のためには、VANとVAPの電圧をそれぞれの直線性の 範囲内に維持する必要があります。 入力インピーダンスの計算 図63に示す回路の入力インピーダンスは、シングルエンドまた は差動のいずれの信号源でアンプを駆動しているかによって異 なります。差動入力信号が平衡している場合、差動入力イン ピーダンス（RIN, dm）は次のような単純なものになります。 RIN, dm＝2RG （18） シングルエンド信号の場合には（たとえば、V IN がグラウンド に接続され、入力信号がVIPを駆動する場合）、入力インピーダ ンスは以下のようになります。 G 入力信号をV IN に印加し、V IP ＝ 0 を設定するだけで、ゲインが 同じ反転構成になります。平衡した差動入力の場合には、VIN, dm から V O , d m までのゲインも R F /R G に等しくなります。ここで VIN, dm＝VIP−VINです。 REV. A ― 19 ― RIN＝ RG RF 1– 2(RG + RF ) （19） AD8137 5V 0.1µF 0.1µF 1kΩ 1kΩ V OCM 3 8 2 1 V IN 1.0nF 5 + VDD V IN– AD8137 – AD7450A 4 6 2.5V 1kΩ V ACM WITH V REFB = 0 1kΩ V IN+ 50Ω GND 1.0nF V REF 2.5kΩ +1.88V +1.25V +0.63V ADR525A 2.5Vシャント・ リファレンス V REFA 図64. 12ビットのADC、AD7450Aを駆動するAD8137 従来の反転型オペアンプ構成の場合の入力インピーダンスは単 に R G になりますが、式 19 では、差動出力電圧の一部がサミン グ・ジャンクション V AN と V AP に現れるために、入力インピー ダンスがこれより大きくなります。差動出力電圧は入力抵抗RG をまたがる電圧を部分的にブートストラップし、入力抵抗値を 増大させます。 5V 0.1µF 1kΩ 1kΩ V OCM V IN 0∼5V 入力同相振幅に関する考慮事項 単電源電圧を使用する一部のシングルエンド／差動変換アプリ ケーションでは、入力同相電圧VACMの振幅に注意する必要があ ります。 3 8 2 1 5 + AD8137 – 4 6 1kΩ 0.1µF VINの振幅がグラウンドのベースラインを基準として5Vp-pであ り、VREFBがグラウンドに接続されている図64の場合を考えて みましょう。AD8137の入力信号は、出力抵抗値がきわめて低 1kΩ AD7450A VREFへ 5V 0.1µF 10µF + + AD8031 い信号源から供給されています。 0.1µF ADR525A 2.5Vシャント・ リファレンス – この回路では、差動ゲインが1.0 で、β ＝0.5 です。V ICM の振幅 は2.5Vp-pであり、グラウンドを基準にしています。式16の解 から、AD8137の入力同相電圧VACMの振幅は、1.25Vのベース ラインを基準とする 1.25Vp-p の信号になります。この場合、 VACMが負の方向に移動する最大の電位は0.63Vであり、入力同 相電圧の下限値を超えてしまいます。 入力同相振幅の制限を超えないようにする1つの方法は、VINと VREFを電源中央値にバイアスすることです。この場合、VINの 振幅は2.5Vのベースラインを基準とする5Vp-pの信号になり、 VREFはインピーダンスの低い2.5Vの信号源に接続します。VICM の振幅は、2.5Vを基準とする2.5Vp-pの信号になります。式17 の解を利用すると、VOCM＝VICMであるため、VACMはVICMに等 しくなります。したがって、VICMの振幅は1.25∼3.75Vの範囲 になり、AD8137の入力同相電圧の制限内に十分入ります。こ の例で確認できるもう1つの利点は、VOCM＝VACM＝VICMである ため、同相電流を浪費しないという点です。図65に、インピー ダンスの低いバイアス電圧を供給する方法を示します。高精度 のリファレンスを使用する必要がない場合は、簡単な構成の分 圧器だけで、十分にバッファ入力電圧を生成できます。 図65. 10kΩ 04771-0-019 V REFB 04771-0-018 +2.5V GND –2.5V 50Ω 低インピーダンスのバイアス信号源 入力同相振幅の制限を超えないようにするもう1 つの方法とし て、AD8137にデュアル電源を使用する方法があります。この 場合は、バイアス回路は不要となります。 クローズド・ループ・ゲインと帯域幅の関係 AD8137の3dB帯域幅は、従来の電圧帰還型オペアンプと同様、 クローズド・ループ・ゲインを高くすると、それに反比例して 低下します。クローズド・ループ・ゲインが4 よりも大きい場 合、特定のゲインで得られる帯域幅は以下の式で計算できま す。 RG ƒ-3db, VO, dm＝ R ＋R ×（72MHz） G F （20） （72MHz）とすることもできます。 あるいは、β この計算では、4 を超えるゲインを得るための条件として、ア ンプのループに対して最小90°の位相マージンを仮定していま す。ゲインを低くすると、位相マージンの低下に伴って発生す るピーキングによって、帯域幅は計算した予想値よりも大きく なります。 ― 20 ― REV. A AD8137 DC誤差の概算 容量性負荷の駆動 AD8137で発生する主要な差動出力オフセット誤差は、主に3つ 純粋な容量性負荷は、AD8137のボンディング・ワイヤとピン のインダクタンスと相互に作用するため、過渡応答に高周波数 のリンギングが発生し、位相マージンが失われます。この影響 を最小限に抑える1 つの方法は、値の小さい抵抗を各出力と直 列に接続し、負荷容量をバッファすることです。抵抗と負荷容 量が1 次のローパス・フィルタになるため、抵抗値はできる限 り小さくしてください。場合によっては、ADCの入力に小さい 値の直列抵抗を追加しなければならないことがあります。 の誤差源に由来します。すなわち、入力オフセット電圧、帰還 ネットワークの抵抗値と相互作用する V AN と V AP の入力電流間 のオフセット、帰還ネットワークのマッチング誤差に関連して 発生する入力および出力同相電圧間の DC 電圧差に起因するオ フセットです。 最初の出力誤差成分は、以下の式で求めることができます。 Vo_e1＝VIO RF + RG RG またはVIO / β （21） ここで、VIOは入力オフセット電圧です。 レイアウトに関する注意事項 AD8137を使用して設計する場合は、標準的な高速PCボードの 2番目の誤差は、以下の式で求めることができます。 Vo_e2＝IIO RF + RG RG RF （RF） RF + RG ＝IIO RG （22） ここで、IIOは2つの入力バイアス電流間のオフセットです。 3番目の誤差電圧は、以下の式で求めることができます。 Vo_e3＝∆enr×（VICM−VOCM） 図39と図42に、容量性負荷に対する過渡応答性を示します。こ の2 つの図では、各出力に直列抵抗を接続し、差動の容量性負 荷を使用しています。 （23） ここで、∆enrは2個の帰還抵抗間のわずかなミスマッチ誤差で す。 差動オフセット誤差全体の値は、上記3 つの誤差源を合計した 値になります。 帰還ネットワークのミスマッチングによるその他の影響 内部同相帰還ネットワークは、RF/RGの帰還ネットワークにミ スマッチングが生じていても、強制的に出力電圧を平衡状態に 保ちます。しかし、この場合、帰還ネットワークのミスマッチ ングに比例してゲイン誤差が生じます。 従来のオペアンプを使用した4 つの抵抗による差動アンプの場 合とまったく同じように、外部抵抗比にマッチング誤差がある と、VANとVINの入力端子の同相信号を除去する能力が低下しま す。さらに、抵抗比のマッチング誤差にともなって、差動出力 成分（VOCM入力電圧に帰還係数（β）同士の差を乗じた値）が 生じます。1 ％の抵抗を使用する大部分のアプリケーションで は、この成分は出力の差動 DC オフセット値に相当するため、 無視できるほどの小さい値です。 レイアウト方法に従ってください。グラウンド・プレーンの使 用を推奨します。また、適切な電源のデカップリング・ネット ワークを電源ピンにできるだけ近い場所に接続する必要があり ます。 サミング・ノードの浮遊容量を最小限に抑えるために、サミン グ・ノードに接続したすべてのパターン配線とパッドの下のあ らゆる層から銅を取り除いてください。サミング・ノードに少 しでも浮遊容量が存在すると、周波数応答でピーキングが発生 し、浮遊容量が大きければ、動作が不安定になる可能性があり ます。サミング・ノードの浮遊容量がどうしてもいくらか残る 場合は、帰還抵抗と並列に容量の小さいコンデンサを接続する ことによってその影響を補償できます。 シングルエンド入力の終端 大部分の高速信号アプリケーションでは、インピーダンスの マッチングが考慮され、少なくとも1 つの終端抵抗が必要とな ります。アナログ信号のアプリケーションでは、一般にマッチ ングのとれた終端抵抗を負荷に近接した伝送ラインの終端部に 配置します。ここでは、AD8137のシングルエンド入力を正し く終端する方法について説明します。 AD8137の入力回路による入力抵抗は終端抵抗と並列と考える ことができるため、その負荷の影響を考慮に入れる必要があり ます。さらに、ドライバのテブナン等価回路、その信号源抵抗 値、終端抵抗値もすべて計算に入れなければなりません。この 問題を的確に解決するにはいくつかの代数式を同時に解く必要 があり、本データシートの範囲を超えています。反復法による 解決も可能であり、特に標準的な抵抗値が一般に使用されると いうことを考えれば、このほうが簡単な方法といえます。 図66に、AD8137のユニティ・ゲイン構成回路を示し、50Ωの環 境で正しい終端を行う方法について説明します。 REV. A ― 21 ― AD8137 の増加によって生じるゲインの低下は、RTが信号源の出力抵抗 値よりも大きくなることによって生じるテブナン電圧の増加に よって基本的に相殺されます。一般に、終端アプリケーション で R F と R G の値が小さくなると、 R G の増加を補償するために、 RFの値を大きく必要があります。 +5V 0.1µF 1kΩ 2V p-p RT 52.3Ω V IN 1kΩ 0V – 8 「代表的な性能特性」のデータでは、計測のキャリブレーショ ンを実施し、クローズド・ループ・ゲインに対する終端の影響 を考慮に入れています。 V OCM 信号源 5 + 2 AD8137 1 – パワーダウン AD8137には、デバイスを使用していないときに消費される無 ___ 負荷時電源電流を最少にするために PD ピンが用意されていま ___ す。PDをアサートするには、ロジック・ローレベルを7番ピン 4 6 1.02kΩ + 04771-0-020 1kΩ 0.1µF –5V 図66. に加えます。ロジック・ハイレベルとロジック・ローレベル間 のスレッショールドの公称値は、負の電源レールよりも1.1V高 い値になります。このスレッショールド値については、仕様の 表を参照してください。 終端入力を行ったAD8137 AD8137回路の1kΩの入力抵抗と並列に52.3Ωの終端抵抗RTを 接続することにより、信号源から見ると全体として50Ωの入力 12ビット以上の分解能を備えたADCの駆動 抵抗が生じます。マッチングした帰還ループを得るには、各 ループに同じRFを使用していれば、同じRGを使用する必要があ ります。入力（上側）ループでは、RGは（＋）入力と直列に接 続される1kΩ抵抗にRTと50Ωの信号源抵抗の並列接続を合わせ た抵抗値になります。したがって、上側のループで使用される RGの値は1.03kΩになります。これに最も近い標準値は1.02kΩ であるため、この値を下側のループのRGとして使用します。 AD8137は12ビットのシステムに最適であることから、12ビッ ト以上の直線性をもつシステムでアンプの性能を測定すること が必要です。特に、有効ビット数（ENOB）がもっとも重要で す。 16 ビット、 250KSPS を備えた AD7687 は、 AD8137 の 12 ビットでの性能を確認するのに理想的なデバイスといえます。 このアプリケーションの場合、AD8137はゲイン＝2に設定され、 20kHzのバンドパス・フィルタを通してシングルエンドで駆動 されますが、出力は AD7687 に差動で入力されます（図 67 ）。 この回路ではRGインピーダンスはマッチングしていないため、 差動出力にDCオフセット成分が現れます。オフセット成分は、 AD8137の性能を図示するためのテスト回路として入れてあり ますが、実際のアプリケーションでは、帰還ネットワークは マッチングしたものを使用してください。 帰還抵抗の値を決定するときは、もう少し複雑です。信号源発 生器VINの振幅は、50Ωで終端するとき、出力信号の振幅の2倍 になります。したがって、VSからの4Vp-pの振幅によって2Vp-p の終端振幅が発生します。クローズド・ループ・ゲインを計算 するときは、信号源とRTのテブナン等価回路を使用する必要が あります。これは、上側ループのRGが信号源の方に向いている テブナン抵抗と1kΩ抵抗との間で分割されるためです。RTは常 に50Ωよりも大きくなければならないため、50Ωの終端では信 号源のテブナン電圧が信号源の出力電圧よりも高くなります。 この場合、 R T が 52.3Ω 、テブナン電圧と抵抗値はそれぞれ 2.04Vp-p と 25.6Ω です。ここでは、上側の入力ブランチを 1.03kΩの抵抗と直列に接続された2.04Vp-pの信号源とみなす ことができます。これはユニティ・ゲインのアプリケーション に相当するので、2Vp-pの差動出力が必要になり、そのためRF の値は1.03kΩ×（2/2.04）＝1.01kΩ≒1kΩにしなければなり ません。この例では、RFとRGがRTよりも大きくなるとき、RG −1.82dBFSの最大入力範囲でAD7687を使用する場合、 AD8137の電源は単電源の5VをVS+に印可し、VS–をグラウンド に接続します。AD7687の入力範囲を−0.45dBFSに広げた場合 には、AD8137 の電源電圧を＋6V と−1V に増やします。どち らの場合もVOCMピンは2.5Vでバイアスし、PDピンは開放のま まにします。電源電圧はすべて0.1µFのコンデンサでデカップ リングします。図 68 は− 1.82dBFS のセットアップでの性能、 図69は−0.45dBFSのセットアップでの性能を示しています。 V S+ 1.0kΩ 20kHz V+ GND 33Ω 499Ω V IN + BPF V OCM 1nF AD8137 V DD AD7687 GND – 33Ω 499Ω 1nF 1.0kΩ +2.5 V S– 図67. 04771-0-067 50Ω 3 16ビット、250KSPSのADC、AD7687を駆動するAD8137 ― 22 ― REV. A 0 –10 THD = –93.63dBc SNR = 91.10dB SINAD = 89.74dB ENOB = 14.6 振幅（フルスケールのdB） 0 20 40 60 80 100 120 REV. A –40 –50 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –120 –130 –140 –150 –160 140 0 周波数（kHz） 図68. THD = –91.75dBc SNR = 91.35dB SINAD = 88.75dB ENOB = 14.4 –20 –30 04771-0-069 0 –10 –20 –30 –40 –50 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –120 –130 –140 –150 –160 –170 04771-0-068 振幅（フルスケールのdB） AD8137 20 40 60 80 100 120 周波数（kHz） AD8137の性能（単電源5V、−1.82dBFS） 図69. AD8137の性能（電源：6Vと−1V、 −0.45dBFS） ― 23 ― 140 AD8137 外形寸法 5.00 (0.1968) 4.80 (0.1890) 8 5 1 4 6.20 (0.2440) 5.80 (0.2284) 1.27 (0.0500) BSC 0.25 (0.0098) 0.10 (0.0040) 平坦性 0.10 0.51 (0.0201) 0.31 (0.0122) 実装面 0.50 (0.0196) × 45° 0.25 (0.0099) 1.75 (0.0688) 1.35 (0.0532) D04771-0-8/04(A)-J 4.00 (0.1574) 3.80 (0.1497) 8° 0.25 (0.0098) 0° 1.27 (0.0500) 0.40 (0.0157) 0.17 (0.0067) JEDEC規格MS-012AAに準拠 管理寸法はミリメートルの単位で表記しています。カッコ内に示すインチ単位の寸法 はミリメートル値に基づく概数で、参考のためにのみ記載しています。設計ではこの値 を使用しないでください。 図70. 8ピン標準SOIC ナロー・ボディ（R-8） 寸法単位：mm（インチ） 3.00 BSC SQ 0.50 0.40 0.30 0.60（最大） 0.45 ピン1 識別マーク 2.75 BSC SQ 実装面 12°（最大） 1.50 REF 露出パッド 0.50 BSC 0.90 0.85 0.80 1 8 上面図 （底面図） 5 0.25 （最小） 0.80（最大） 0.65（代表） ピン1 識別マーク 1.90 1.75 1.60 4 1.60 1.45 1.30 0.05（最大） 0.02（公称） 0.30 0.23 0.18 0.20 REF 図71. 8ピンLFCSP 3mm×3mmボディ（CP-8-2） 寸法単位：mm オーダー・ガイド 1 製品 パッケージの温度範囲 パッケージの説明 パッケージ・オプション マーキング AD8137YR AD8137YR-REEL AD8137YR-REEL7 AD8137YRZ1 AD8137YRZ-REEL1 AD8137YRZ-REEL71 AD8137YCP-R2 AD8137YCP-REEL AD8137YCP-REEL7 AD8137YCPZ-R21 AD8137YCPZ-REEL1 AD8137YCPZ-REEL71 −40℃∼＋125℃ −40℃∼＋125℃ −40℃∼＋125℃ −40℃∼＋125℃ −40℃∼＋125℃ −40℃∼＋125℃ −40℃∼＋125℃ −40℃∼＋125℃ −40℃∼＋125℃ −40℃∼＋125℃ −40℃∼＋125℃ −40℃∼＋125℃ 8ピンSOIC 8ピンSOIC 8ピンSOIC 8ピンSOIC 8ピンSOIC 8ピンSOIC 8ピンLFCSP 8ピンLFCSP 8ピンLFCSP 8ピンLFCSP 8ピンLFCSP 8ピンLFCSP R-8 R-8 R-8 R-8 R-8 R-8 CP-8-2 CP-8-2 CP-8-2 CP-8-2 CP-8-2 CP-8-2 HFB HFB HFB HGB HGB HGB Z＝鉛フリー製品 ― 24 ― REV. A