低価格低消費電力の 計装アンプ AD620 特長 接続図 使い易い 外付け抵抗 1 本でゲイン設定 RG 1 8 (ゲイン範囲: 1～10,000) –IN 2 7 +VS 広い電源範囲: ±2.3 V～±18 V +IN 3 6 オペアンプ 3 個の IA デザインより高性能 –VS 4 OUTPUT 00775-0-001 AD620 RG 5 REF 8 ピンの DIP または SOIC パッケージを採用 TOP VIEW 低消費電力:最大電源電流 1.3 mA 図 1.8 ピンの PDIP (N)、CERDIP (Q)、SOIC (R)パッケージ 優れた DC 性能(B グレード) 入力オフセット電圧:最大 50 µV 入力オフセット・ドリフト:最大 0.6 µV/°C 製品説明 入力バイアス電流:最大 1.0 nA AD620 は低価格高精度の計装アンプであり、１本の外付け抵抗で ゲインを 1～10,000 に設定することができます。さらに、AD620 はディスクリート・デザインより小型の 8 ピン SOIC または DIP パッケージを採用し、低消費電力(最大電源電流 1.3 mA)であるた め、バッテリ駆動の携帯(またはリモート)機器アプリケーションに 最適です。 同相モード除去比:最小 100 dB (G = 10) 低ノイズ 入力電圧ノイズ: 1 kHz で 9 nV/√Hz ノイズ: 0.28 µV p-p (0.1 Hz～10 Hz) 優れた AC 仕様 AD620 は、最大非直線性 40 ppm の高精度、最大 50 µV の低オフセ ット電圧、最大 0.6 µV/°C のオフセット・ドリフトを持つため、重 量計やトランスジューサ・インターフェースのような高精度デー タ・アクイジション・システム向けに最適です。さらに、AD620 は低ノイズ、低入力バイアス電流、低消費電力であるため、ECG や非侵襲性血圧モニタのような医用アプリケーションにも適して います。 帯域幅: 120 kHz (G = 100) 0.01%へのセトリング・タイム: 15 µs アプリケーション 重量計 最 大 1.0 nA の 小 さ い 入 力 バ イ ア ス 電 流 は 、 入 力 ス テ ー ジ に ECG および医療機器 Superϐeta プロセスを採用することで可能になりました。AD620 は、 1 kHz で 9 nV/√Hz、0.1 Hz～10 Hz 帯域で 0.28 µV p-p の低入力電圧 ノイズと、0.1 pA/√Hz の低い入力電流ノイズを持つためプリアン プとしても動作します。また、AD620 の 0.01%へのセトリング・ タイムは 15 µs であり、チャンネルごとに 1 個の計装アンプを持つ デザインが可能になるほど低価格であるため、マルチプレクス・ アプリケーションにも適しています。 トランスデューサ・インターフェース データ･アクイジション･システム 工業用プロセス制御 バッテリ駆動および携帯型機器 10,000 3 OP AMP IN-AMP (3 OP-07s) RTI VOLTAGE NOISE (0.1 – 10Hz) (V p-p) 1,000 20,000 15,000 AD620A 10,000 RG G = 100 10 AD620 SUPERETA BIPOLAR INPUT IN-AMP 1 5,000 0 0 5 10 SUPPLY CURRENT (mA) 15 20 図 2.オペアンプ 3 個の IA デザインと AD620 の比較 Rev. G TYPICAL STANDARD BIPOLAR INPUT IN-AMP 100 0.1 1k 10k 100k 1M SOURCE RESISTANCE () 10M 100M 00775-0-003 25,000 00775-0-002 TOTAL ERROR, PPM OF FULL SCALE 30,000 図 3.ソース抵抗対総合電圧ノイズ 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. 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 AD620 目次 仕様.......................................................................................................... 3 入力保護............................................................................................ 16 絶対最大定格 .......................................................................................... 5 RF干渉............................................................................................... 16 ESDに関する注意 .............................................................................. 5 同相モード除去比 ............................................................................ 17 代表的な性能特性 .................................................................................. 7 グラウンド接続 ................................................................................ 17 動作原理................................................................................................ 13 入力バイアス電流のグラウンド・リターン................................. 18 ゲインの選択.................................................................................... 16 外形寸法 ................................................................................................ 19 入力と出力のオフセット電圧 ........................................................ 16 オーダー・ガイド ............................................................................ 20 リファレンス・ピン ........................................................................ 16 改訂履歴 12/04—Rev. F to Rev. G Updated Format......................................................................... Universal Change to Features ..................................................................................1 Change to Product Description ................................................................1 Changes to Specifications........................................................................3 Added Metallization Photograph .............................................................4 Replaced Figure 4-Figure 6 .....................................................................6 Replaced Figure 15..................................................................................7 Replaced Figure 33................................................................................10 Replaced Figure 34 and Figure 35.........................................................10 Replaced Figure 37................................................................................10 Changes to Table 3 ................................................................................13 Changes to Figure 41 and Figure 42 ......................................................14 Changes to Figure 43.............................................................................15 Change to Figure 44 ..............................................................................17 Changes to Input Protection section ......................................................15 Deleted Figure 9 ....................................................................................15 Changes to RF Interference section .......................................................15 Edit to Ground Returns for Input Bias Currents section ........................17 Added AD620CHIPS to Ordering Guide...............................................19 Rev. G － 2/20 － 7/03—Data Sheet changed from REV. E to REV. F Edit to FEATURES ................................................................................ 1 Changes to SPECIFICATIONS .............................................................. 2 Removed AD620CHIPS from ORDERING GUIDE.............................. 4 Removed METALLIZATION PHOTOGRAPH .................................... 4 Replaced TPCs 1–3................................................................................. 5 Replaced TPC 12 .................................................................................... 6 Replaced TPC 30 .................................................................................... 9 Replaced TPCs 31 and 32......................................................................10 Replaced Figure 4 ..................................................................................10 Changes to Table I .................................................................................11 Changes to Figures 6 and 7....................................................................12 Changes to Figure 8 ...............................................................................13 Edited INPUT PROTECTION section ..................................................13 Added new Figure 9...............................................................................13 Changes to RF INTERFACE section.....................................................14 Edit to GROUND RETURNS FOR INPUT BIAS CURRENTS section....................................................................................................15 Updated OUTLINE DIMENSIONS ......................................................16 AD620 仕様 特に指定がない限り、typ 値は 25°C、VS = ±15 V、RL = 2 kΩ で規定。 表 1. Parameter GAIN Gain Range Gain Error2 G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 Nonlinearity G = 1–1000 G = 1–100 Gain vs. Temperature VOLTAGE OFFSET Input Offset, VOSI Overtemperature Average TC Output Offset, VOSO Overtemperature Average TC Offset Referred to the Input vs. Supply (PSR) G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 INPUT CURRENT Input Bias Current Overtemperature Average TC Input Offset Current Overtemperature Average TC INPUT Input Impedance Differential Common-Mode Input Voltage Range3 Overtemperature Overtemperature Rev. G Conditions Min G = 1 + (49.4 kΩ/RG) 1 VOUT = ±10 V VOUT = −10 V to +10 V RL = 10 kΩ RL = 2 kΩ AD620A Typ Max 10,000 Min AD620B Typ Max 1 10,000 Min AD620S1 Typ Max 1 Unit 10,000 0.03 0.15 0.15 0.40 0.10 0.30 0.30 0.70 0.01 0.10 0.10 0.35 0.02 0.15 0.15 0.50 0.03 0.15 0.15 0.40 0.10 0.30 0.30 0.70 % % % % 10 10 40 95 10 10 40 95 10 10 40 95 ppm ppm G=1 Gain >12 (Total RTI Error = VOSI + VOSO/G) VS = ±5 V 30 to ± 15 V VS = ±5 V to ± 15 V VS = ±5 V 0.3 to ± 15 V VS = ±15 V 400 VS = ± 5 V VS = ±5 V to ± 15 V VS = ±5 V 5.0 to ± 15 V 10 −50 10 −50 125 15 185 10 −50 50 30 85 ppm/°C ppm/°C 125 µV 225 µV 1.0 0.1 0.6 0.3 1.0 µV/°C 1000 1500 2000 200 500 750 1000 400 1000 1500 2000 µV µV µV 15 2.5 7.0 5.0 15 µV/°C VS = ±2.3 V to ±18 V 80 95 110 110 100 120 140 140 0.5 3.0 0.3 VS = ±2.3 V −VS + 1.9 to ±5 V −VS + 2.1 VS = ± 5 V −VS + 1.9 to ±18 V −VS + 2.1 80 100 120 120 2.0 2.5 100 120 140 140 0.5 3.0 0.3 1.0 1.5 80 95 110 110 1.0 1.5 100 120 140 140 0.5 8.0 0.3 0.5 0.75 1.5 1.5 8.0 10||2 10||2 10||2 10||2 10||2 10||2 dB dB dB dB 2 4 1.0 2.0 nA nA pA/°C nA nA pA/°C +VS − 1.2 −VS + 1.9 +VS − 1.2 −VS + 1.9 +VS − 1.2 GΩ_pF GΩ_pF V +VS − 1.3 +VS − 1.4 −VS + 2.1 −VS + 1.9 +VS − 1.3 +VS − 1.4 −VS + 2.1 −VS + 1.9 +VS − 1.3 +VS − 1.4 V V +VS − 1.4 −VS + 2.1 +VS + 2.1 −VS + 2.3 +VS − 1.4 V － 3/20 － AD620 Parameter Common-Mode Rejection Ratio DC to 60 Hz with 1 kΩ Source Imbalance G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 OUTPUT Output Swing Conditions Min VCM = 0 V to ± 10 V 73 93 110 110 RL = 10 kΩ VS = ±2.3 V to ± 5 V Min 90 110 130 130 80 100 120 120 AD620B Typ Max 90 110 130 130 Min AD620S1 Typ Max 73 93 110 110 90 110 130 130 Unit dB dB dB dB +VS − 1.2 −VS + 1.1 +VS − 1.2 −VS + 1.1 +VS − 1.2 V +VS − 1.3 +VS − 1.4 −VS + 1.4 −VS + 1.2 +VS − 1.3 +VS − 1.4 −VS + 1.6 −VS + 1.2 +VS − 1.3 +VS − 1.4 V V Overtemperature −VS + 1.6 +VS – 1.5 Short Circuit Current ±18 DYNAMIC RESPONSE Small Signal –3 dB Bandwidth G=1 1000 G = 10 800 G = 100 120 G = 1000 12 Slew Rate 0.75 1.2 Settling Time to 0.01% 10 V Step G = 1–100 15 G = 1000 150 NOISE Voltage Noise, 1 kHz Total RTI Noise (e 2 ni ) (eno / G)2 Input, Voltage Noise, eni 9 13 Output, Voltage Noise, eno 72 100 RTI, 0.1 Hz to 10 Hz G=1 3.0 G = 10 0.55 G = 100–1000 0.28 Current Noise f = 1 kHz 100 0.1 Hz to 10 Hz 10 REFERENCE INPUT RIN 20 IIN VIN+, VREF = 0 50 60 Voltage Range −VS + 1.6 +VS − 1.6 Gain to Output 1 ± 0.0001 POWER SUPPLY Operating Range4 ±2.3 ±18 Quiescent Current VS = ±2.3 V 0.9 1.3 to ±18 V Overtemperature 1.1 1.6 TEMPERATURE RANGE For Specified Performance −40 to +85 −VS + 1.6 +VS – 1.5 –VS + 2.3 +VS – 1.5 Overtemperature VS = ±5 V to ± 18 V −VS + 1.1 −VS + 1.4 −VS + 1.2 AD620A Typ Max 0.75 ±18 ±18 V mA 1000 800 120 12 1.2 1000 800 120 12 1.2 kHz kHz kHz kHz V/µs 15 150 µs µs 15 150 9 72 13 100 9 72 13 100 nV/√Hz nV/√Hz 3.0 0.55 0.28 100 10 6.0 0.8 0.4 3.0 0.55 0.28 100 10 6.0 0.8 0.4 µV p-p µV p-p µV p-p fA/√Hz pA p-p 20 50 −VS + 1.6 1 ± 0.0001 1 ±2.3 － 4/20 － 60 +VS − 1.6 0.9 ±18 1.3 1.1 1.6 −40 to +85 883B テスト仕様の詳細については、アナログ・デバイスの軍用データシートを参照してください。 外付け抵抗 RG の影響は含みません。 3 一方の入力をグラウンドに接続。G = 1。 4 これは、PSR の規定に使用した同じ電源電圧範囲として定義されます。 2 Rev. G 0.75 20 50 60 +VS − 1.6 kΩ µA V 0.9 ±18 1.3 V mA 1.1 1.6 mA −VS + 1.6 1 ± 0.0001 ±2.3 −55 to +125 °C AD620 絶対最大定格 表 2. Parameter Rating Supply Voltage Internal Power Dissipation1 Input Voltage (Common-Mode) Differential Input Voltage Output Short-Circuit Duration Storage Temperature Range (Q) Storage Temperature Range (N, R) Operating Temperature Range AD620 (A, B) AD620 (S) Lead Temperature Range (Soldering 10 seconds) ±18 V 650 mW ±VS 25 V Indefinite −65°C to +150°C −65°C to +125°C 1 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。 −40°C to +85°C −55°C to +125°C 300°C 仕様は自然空冷のデバイスに対して規定: 8 ピン プラスチック・パッケージ: θJA = 95°C 8 ピン CERDIP パッケージ: θJA = 110°C 8 ピン SOIC パッケージ: θJA = 155°C ESDに関する注意 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。 Rev. G － 5/20 － 00775-0-004 AD620 図 4.メタル層の写真 寸法表示:インチ(mm) 最新寸法については最寄りの営業にご相談ください。 Rev. G － 6/20 － AD620 代表的な性能特性 (特に指定がない限り、25°C、VS = ±15 V、RL = 2 kΩ) 2.0 50 SAMPLE SIZE = 360 1.5 INPUT BIAS CURRENT (nA) PERCENTAGE OF UNITS 40 30 20 10 1.0 +IB –I B 0.5 0 –0.5 –1.0 –40 0 40 80 INPUT OFFSET VOLTAGE (V) 175 00775-0-008 –80 5 00775-0-009 0 00775-0-005 –1.5 –2.0 –75 –25 25 75 TEMPERATURE (C) 125 図 8.入力バイアス電流の温度特性 図 5.入力オフセット電圧(typ)の分布 2.0 50 CHANGE IN OFFSET VOLTAGE (V) SAMPLE SIZE = 850 PERCENTAGE OF UNITS 40 30 20 0 –1200 –600 0 600 1200 INPUT BIAS CURRENT (pA) 00775-0-006 10 1.5 1.0 0.5 0 0 1 2 3 WARM-UP TIME (Minutes) 4 図 9.ウォームアップ時間対入力オフセット電圧変化 図 6.入力バイアス電流(Typ)の分布 1000 50 SAMPLE SIZE = 850 GAIN = 1 VOLTAGE NOISE (nV/ Hz) PERCENTAGE OF UNITS 40 30 20 10 100 GAIN = 10 10 GAIN = 100, 1,000 –400 –200 0 200 INPUT OFFSET CURRENT (pA) 400 1 00775-0-007 0 1 100 1k FREQUENCY (Hz) 10k 100k 図 10.電圧ノイズ・スペクトル密度の周波数特性(G = 1～1000) 図 7.入力オフセット電流(typ)の分布 Rev. G 10 00775-0-010 GAIN = 1000 BW LIMIT － 7/20 － AD620 10 1 10 100 FREQUENCY (Hz) 1000 00775-0-014 100 00775-0-011 CURRENT NOISE (fA/ Hz) 1000 図 14.0.1 Hz～10 Hz での電流ノイズ、5 pA/Div 図 11.電流ノイズ・スペクトル密度の周波数特性 10,000 FET INPUT IN-AMP 1000 AD620A 100 10 1k 10k 図 12.0.1 Hz～10 Hz での RTI 電圧ノイズ(G = 1) 100k 1M SOURCE RESISTANCE () 10M 00775-0-015 TIME (1 SEC/DIV) 00775-0-012 RTI NOISE (2.0V/DIV) TOTAL DRIFT FROM 25C TO 85C, RTI (V) 100,000 図 15.ソース抵抗対総合ドリフト 160 140 RTI NOISE (0.1V/DIV) 120 G = 1000 G = 100 G = 10 CMR (dB) 100 G=1 80 60 20 0 0.1 図 13.0.1 Hz～10 Hz での RTI 電圧ノイズ(G = 1000) Rev. G 1 10 100 1k FREQUENCY (Hz) 10k 100k 1M 図 16.CMR の周波数特性、RTI、0～1 kΩ のソース不平衡 － 8/20 － 00775-0-016 TIME (1 SEC/DIV) 00775-0-013 40 AD620 180 35 160 30 G = 10, 100, 1000 G = 1000 G = 100 80 G = 10 60 G=1 10 5 G = 1000 1 10 100 1k FREQUENCY (Hz) 10k 100k 1M 00775-0-017 20 0.1 15 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 図 17.正側 PSR の周波数特性、RTI (G = 1～1000) 160 –0.5 INPUT VOLTAGE LIMIT (V) (REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES) +VS –0.0 140 PSR (dB) 120 100 G = 1000 80 G = 100 60 G = 10 1 10 100 1k FREQUENCY (Hz) 10k 100k 1M 00775-0-018 40 20 0.1 –1.0 –1.5 +1.5 +1.0 +0.5 –VS +0.0 0 図 18.負側 PSR の周波数特性、RTI (G = 1～1000) OUTPUT VOLTAGE SWING (V) (REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES) GAIN (V/V) 10 15 SUPPLY VOLTAGE ± Volts 20 20 +VS –0.0 100 10 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 1M 10M 00775-0-019 1 –0.5 RL = 10k –1.0 RL = 2k –1.5 +1.5 RL = 2k +1.0 RL = 10k +0.5 –VS +0.0 図 19.ゲインの周波数特性 Rev. G 5 図 21.電源電圧対入力電圧範囲、G = 1 1000 0.1 100 1M 図 20.大信号周波数応答 180 G=1 G = 100 0 00775-0-020 40 G=1 20 00775-0-021 100 25 00775-0-022 PSR (dB) 120 BW LIMIT OUTPUT VOLTAGE (V p-p) 140 0 5 10 15 SUPPLY VOLTAGE ± Volts 図 22.電源電圧対出力電圧振幅、G = 10 － 9/20 － AD620 .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... VS = ±15V G = 10 20 10 0 0 100 1k LOAD RESISTANCE ( 10k 00775-0-026 .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 00775-0-023 OUTPUT VOLTAGE SWING (V p-p) 30 図 26.大信号応答とセトリング・タイム、G = 10 (0.5 mV = 0.01%) 図 23.負荷抵抗対出力電圧振幅 .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 00775-0-024 00775-0-027 .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 図 27.小信号応答、G = 10、RL = 2 kΩ、CL = 100 pF 図 24.大信号パルス応答とセトリング・タイム G = 1 (0.5 mV = 0.01%) .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 00775-0-025 00775-0-030 .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 図 25.小信号応答、G = 1、RL = 2 kΩ、CL = 100 pF 図 28.大信号応答とセトリング・タイム、G = 100 (0.5 mV = 0.01%) Rev. G － 10/20 － AD620 20 .... .... .... .... .... .... .... .... ........ SETTLING TIME (s) 15 TO 0.01% TO 0.1% 10 00775-0-029 0 図 29.小信号パルス応答、G = 100、RL = 2 kΩ、CL = 100 pF 0 5 10 OUTPUT STEP SIZE (V) 15 20 00775-0-032 5 .... .... .... .... .... .... .... .... ........ 図 32.ステップ・サイズ対セトリング・タイム(G = 1) 1000 SETTLING TIME (s) .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 10 1 1 10 100 1000 GAIN 図 30.大信号応答とセトリング・タイム、 G = 1000 (0.5 mV = 0.01% ) 図 33.ゲイン対 0.01%へのセトリング・タイム、10 V ステップ .... .... .... .... .... .... .... .... ........ .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ........ 00775-0-034 00775-0-031 .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 図 31.小信号パルス応答、G = 1000、RL = 2 kΩ、CL = 100 pF Rev. G 00775-0-033 00775-0-030 .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 100 － 11/20 － 図 34.ゲイン非直線性、G = 1、RL = 10 kΩ (10 µV = 1 ppm) AD620 10k * INPUT 10V p-p .... .... .... .... .... .... .... .... ........ 1k 10T 10k 100k VOUT +VS 11k 1k 2 100 7 1 G = 1000 G=1 AD620 G = 100 G = 10 .... .... .... .... .... .... .... .... ........ 49.9 499 5.49k 6 5 00775-0-035 8 3 –VS *ALL RESISTORS 1% TOLERANCE 図 35.ゲイン非直線性、G = 100、RL = 10 kΩ (100 µV = 10 ppm) 図 37.セトリング・タイムのテスト回路 .... .... .... .... .... .... .... .... ........ 00775-0-036 .... .... .... .... .... .... .... .... ........ 図 36.ゲイン非直線性、G = 1000、RL = 10 kΩ (1 mV = 100 ppm) Rev. G － 12/20 － 00775-0-037 4 AD620 動作原理 入力トランジスタQ1 とQ2 は高精度な一対の差動バイポーラ入力 I1 20A VB A1 を構成し (図 38)、さらにSuperϐetaプロセスにより入力バイアス電 流が 1/10 に削減されています。Q1-A1-R1 のループとQ2-A2-R2 の ループからの帰還により、入力デバイスQ1 とQ2 のコレクタ電流 が一定に維持されるため、外付けのゲイン設定抵抗RGの両端に入 力電圧が加えられます。これにより、入力からA1/A2 出力までの 差動ゲインが発生し、このゲインはG = (R1 + R2)/RG + 1 で表され ます。ゲイン= 1 の減算器A3 により同相モード信号を除去して、 REFピン電位を基準とするシングルエンド出力が発生されます。 I2 20A A2 10k C2 C1 10k A3 R3 400 R1 R2 Q1 Q2 R4 400 RG GAIN SENSE OUTPUT 10k REF +IN GAIN SENSE –VS 00775-0-038 – IN 10k 図 38.AD620 の簡略化した回路図 AD620 は、従来型 3 オペアンプ構成を改良した方式を採用するモ ノリシック計装アンプです。絶対値の調整により、1 本の抵抗でゲ インを正確に(G = 100 で 0.15%)設定することができます。モノリ シック構造とレーザ・ウエハー・トリミングの採用により、回路 部品の厳しいマッチングとトラッキングが可能になるため、この 回路に固有な高レベルの性能が保証されます。 また、RG の値はプリアンプ・ステージの相互コンダクタンスも決 定します。ゲインを大きくするために RG を小さくすると、相互コ ンダクタンスが入力トランジスタのコンダクタンスに向かって増 加します。これには、次の 3 つの重要な利点があります。(a)設定 ゲインの増加に対してオープン・ループ・ゲインが大きくなるた め、ゲインに関係する誤差が小さくなります。(b)設定ゲインとと もにゲイン帯域幅積(C1 と C2 およびプリアンプの相互コンダクタ ンスにより決定)が大きくなるため、周波数応答が最適化されます。 (c)入力電圧ノイズが、主にコレクタ電流と入力デバイスのベース 抵抗で決定される 9 nV/√Hz まで減少します。 内部ゲイン抵抗 R1 と R2 が絶対値 24.7 kΩ になるように調整され るため、ゲインが 1 本の外付け抵抗で正確に設定できるようにな ります。 ゲイン式は次のようになります。 G 49.4 k RG RG 1 49.4 k G1 自作対購入: 代表的なブリッジ・アプリケーション誤差の計算 AD620 は、“自作”の 3 オペアンプ構成IAデザインより優れた性能 を提供し、さらにサイズの小型化、部品数の削減、電源電流の 1/10 への削減が可能です。図 39 に示す一般的なアプリケーション で、−40°C～+85°Cの工業用温度範囲で 20 mVフルスケールのブリ ッジ出力を増幅するためにはゲイン= 100 が必要です。表 3 に、 種々の誤差ソースの回路精度に対する影響を計算する方法を示し ます。 Rev. G － 13/20 － AD620 AD620 はどんなシステムで使用されても、低消費電力と低価格で 優れた精度を提供します。シンプルなシステムでは、絶対精度と ドリフト誤差が最も大きな誤差原因です。インテリジェントなプ ロセッサを持つ多くの複雑なシステムでは、オートゲイン/オート ゼロ・サイクルによりすべての絶対精度誤差とドリフト誤差が除 去されて、ゲイン、非直線性、ノイズの誤差だけが残るので、フ ル 14 ビット精度が可能になります。 自作回路の場合、OP07 の入力電圧オフセットとノイズの仕様が、 √2 倍されていることに注意してください。これは、3 オペアンプ 型の計装アンプは入力に 2 個のオペアンプを持っており、両方が 総合入力誤差の成分になるためです。 10V 10k * 10k * OP07D R = 350 AD620A 10k ** REFERENCE PRECISION BRIDGE TRANSDUCER AD620A MONOLITHIC INSTRUMENTATION AMPLIFIER, G = 100 10k ** OP07D SUPPLY CURRENT = 1.3mA MAX 00775-0-040 R = 350 00775-0-039 R = 350 100 ** OP07D 10k * 10k* "HOMEBREW" IN-AMP, G = 100 *0.02% RESISTOR MATCH, 3ppm/C TRACKING **DISCRETE 1% RESISTOR, 100ppm/ C TRACKING SUPPLY CURRENT = 15mA MAX 00775-0-041 R = 350 RG 499 図 39.自作対購入 表 3.自作対購入の誤差比較 Error Source ABSOLUTE ACCURACY at TA = 25°C Input Offset Voltage, µV Output Offset Voltage, µV Input Offset Current, nA CMR, dB DRIFT TO 85°C Gain Drift, ppm/°C Input Offset Voltage Drift, µV/°C Output Offset Voltage Drift, µV/°C RESOLUTION Gain Nonlinearity, ppm of Full Scale Typ 0.1 Hz to 10 Hz Voltage Noise, µV p-p “Homebrew” Circuit Calculation 125 µV/20 mV 1000 µV/100 mV/20 mV 2 nA ×350 Ω/20 mV 110 dB(3.16 ppm) ×5 V/20 mV (150 µV × √2)/20 mV ((150 µV × 2)/100)/20 mV (6 nA ×350 Ω)/20 mV (0.02% Match × 5 V)/20 mV/100 6,250 500 18 791 10,607 150 53 500 Total Absolute Error 7,559 11,310 100 ppm/°C Track × 60°C (2.5 µV/°C × √2 × 60°C)/20 mV (2.5 µV/°C × 2 × 60°C)/100 mV/20 mV 3,600 3,000 450 6,000 10,607 150 Total Drift Error 7,050 16,757 40 14 54 14,663 40 27 67 28,134 (50 ppm + 10 ppm) ×60°C 1 µV/°C × 60°C/20 mV 15 µV/°C × 60°C/100 mV/20 mV 40 ppm 0.28 µV p-p/20 mV G = 100、VS = ±15 V。 (すべての誤差は min/max で、入力換算したもの) Rev. G Error, ppm of Full Scale AD620 Homebrew AD620 Circuit Calculation － 14/20 － 40 ppm (0.38 µV p-p × √2)/20 mV Total Resolution Error Grand Total Error AD620 5V 3k 3k 3k 20k 7 3 3k REF 8 AD620B G = 100 499 6 IN 10k 5 1 ADC 4 2 20k 1.7mA DIGITAL DATA OUTPUT AD705 0.6mA MAX 0.10mA 00775-0-042 1.3mA MAX AGND 図 40.5 V 単電源で動作する圧力モニタ回路 圧力測定 医用 ECG AD620 は重量計のような多くのブリッジ・アプリケーションで役 立ちますが、小型サイズと低消費電力が重要になる、低い電源電 圧で動作する高抵抗の圧力センサーに特に適しています。 AD620 の電流ノイズは小さいため、1 MΩ以上の高いソース抵抗が 一般的に使用されているECGモニタ(図 41)で使用することができ ます。AD620 は、低消費電力、低電源電圧、省スペースの 8 ピ ン・ミニDIPまたはSOICパッケージであるため、バッテリ駆動の データ・レコーダ向けの優れた選択肢になっています。 図 40 に、5 V電源で動作する 3 kΩの圧力トランスジューサ・ブリ ッジを示します。このような回路では、ブリッジの消費電流はわ ずか 1.7 mAです。AD620 とバッファ付き分圧器を追加すると、合 計電源電流がわずか 3.8 mAとなるようにシグナル・コンディショ ニングすることが可能になります。 さらに、AD620 の小さいバイアス電流および電流ノイズと、小さ い電圧ノイズの組み合わせにより、ダイナミックレンジを広くし て性能を向上させることができます。 AD620 は小型サイズと低価格であるため、特に電圧出力の圧力ト ランスジューサに適しています。このデバイスは、ノイズとドリ フトが小さいため、血圧測定などのアプリケーションにも使うこ とができます。 コンデンサ C1 の値は、駆動ループ右側部分の安定性を維持するよ うに選択されます。アイソレーションのような適切な保護機能を この回路に追加して、患者を保護する必要があります。 +3V PATIENT/CIRCUIT PROTECTION/ISOLATION C1 R1 10k R4 1M R3 24.9k R2 24.9k RG 8.25k AD620A G=7 0.03Hz HIGHPASS FILTER G = 143 OUTPUT 1V/mV OUTPUT AMPLIFIER –3V 図 41.医用 ECG モニタ回路 Rev. G － 15/20 － 00775-0-043 AD705J AD620 高精度 V/I コンバータ 入力と出力のオフセット電圧 AD620、1 個の追加オペアンプ、2 本の抵抗の組み合わせにより、 高精度電流源を構成することができます(図 42)。オペアンプは、 リファレンス端子をバッファして優れたCMR を維持します。 AD620 の出力電圧VXがR1 の両端に現れ、これが電流に変換されま す。オペアンプの入力バイアス電流より小さいこの電流が負荷に 流れます。 AD620 の誤差が小さいことは、入力誤差と出力誤差の 2 つの誤差 原因に起因しています。出力誤差は、入力に換算するときゲイン で除算します。実際、入力誤差は高いゲインで支配的で、出力誤 差は低いゲインで支配的です。与えられたゲインに対する総合 VOS は次式で計算されます。 総合誤差 RTI =入力誤差+ (出力誤差/G) +VS VIN+ 総合誤差 RTO = (入力誤差× G) +出力誤差 7 3 8 リファレンス・ピン + VX – AD620 RG 6 R1 1 2 4 I –VS I L= Vx R1 = L AD705 [(V IN+) – (V IN– )] G R1 LOAD 00775-0-044 VIN– 5 図 42.高精度の電圧/電流コンバータ(±3 V、1.8 mA で動作) ゲインの選択 AD620 のゲインは抵抗RGにより(さらに正確には、ピン 1 とピン 8 の間のインピーダンスに無関係に)設定されます。AD620 は 0.1% ～1%の抵抗を使って正確なゲインを提供するようにデザインされ ています。表 4 に、種々のゲインに対して必要とされるRG値を示 します。G = 1 の場合、RG ピンは未接続(RG = ∞)にすることに注意 してください。任意のゲインについては、RGは次式で計算するこ とができます。 RG 49.4 k G 1 ゲイン誤差を小さくするためには、RG に直列な寄生抵抗を小さく してください。ゲイン・ドリフトを小さくするためには、RG の TC を小さくしてください(最適性能のためには 10 ppm/°C 以下)。 リファレンス・ピンの電位がゼロ出力電圧を決定するため、負荷 のグラウンドとシステムの残りの部分のグラウンドが正確に一致 しない場合に特に役立ちます。このピンは、出力に対して高精度 なオフセットを直接与える方法を提供し、電源電圧内で許容レン ジは 2 V になります。最適 CMR を得るためには、寄生抵抗を小さ くする必要があります。 入力保護 AD620 は入力に 400 Ω の直列薄膜抵抗を内蔵しているため、最大 ±15 V または±60 mA の数時間の入力過負荷に安全に耐えることが できます。この保護は、すべてのゲインと電源のオン/オフにも適 用されます。信号ソースとアンプの電源が別々に供給されるため、 この機能は特に重要です。電流は、長時間 6 mA を超えることはで きません(IIN ≤ VIN/400 Ω)。電源電圧を超える入力過負荷の場合、 入力を電源にクランプすると(FD333 のような低リーク・ダイオー ドを使います)、必要とされる抵抗が小さくなるので、ノイズが削 減されます。 RF干渉 すべての計装アンプは、帯域外の小さい信号を整流します。外乱 は、小さいDC電圧オフセットとして現れることがあります。高周 波信号は、計装アンプの入力に接続するローパスRC回路で除去す ることができます。図 43 に、このような構成を示します。このフ ィルタは、次式の関係を使って入力信号を制限します。 FilterFreq DIFF FilterFreq CM 表 4.ゲイン抵抗に必要な値 1% Std Table Value of RG(Ω) Calculated Gain 0.1% Std Table Value of RG(Ω ) Calculated Gain 49.9 k 12.4 k 5.49 k 2.61 k 1.00 k 499 249 100 49.9 1.990 4.984 9.998 19.93 50.40 100.0 199.4 495.0 991.0 49.3 k 12.4 k 5.49 k 2.61 k 1.01 k 499 249 98.8 49.3 2.002 4.984 9.998 19.93 49.91 100.0 199.4 501.0 1,003.0 Rev. G 1 2R(2C D C C ) 1 2RC C ここで、CD ≥ 10CC 。 CD は差信号に影響を与えます。CC は同相モード信号に影響を与え ます。R × CC が一致しないと、AD620 の CMRR が低下します。 CMRR 帯域幅性能を誤って低下させないように、CC を CD より少 なくとも 1 桁小さくしてください。CD:CC 比を大きくすることによ り、CC 間の不一致の影響を小さくすることができます。 － 16/20 － AD620 +15V +VS 0.1 F CD CC 100 +IN + AD620 499 –IN AD648 – VOUT RG 100 REF AD620 VOUT –VS REFERENCE 0.1 F 10 F –15V 00775-0-046 R 10 F 00775-0-045 R CC – INPUT + INPUT –VS 図 44.差動シールド・ドライバ 図 43. RF 干渉を減衰させる回路 +VS 同相モード除去比 – INPUT AD620 のような計装アンプは、高い CMR を提供します。CMR は、 両入力を同じ量だけ変化させたときの、出力電圧の変化を表しま す。これらの仕様は、通常フル・レンジ入力電圧変化と指定され たソース不平衡に対して規定されます。 RG 2 AD548 RG 2 AD620 VOUT REFERENCE 00775-0-047 最適CMRを得るためには、リファレンス・ピンを低インピーダン ス・ポイントに接続し、さらに容量差と抵抗差を 2 つの入力間で 最小に維持する必要があります。多くのアプリケーションで、シ ールドされたケーブルを使ってノイズを小さくしています。全周 波数で最適なCMRを得るためには、シールドを正しく駆動する必 要があります。図 44 と 図 45 に示すアクティブ・データ・ガード では、AC同相モード除去比を向上させるため、入力ケーブル・シ ールドの容量をブートストラップすることにより、2 つの入力間の 容量不一致が小さくなるようにしています。 100 + INPUT –VS 図 45.同相モード・シールド・ドライバ グラウンド接続 AD620 の出力電圧は、リファレンス・ピンを基準にして発生され ます。REF ピンを該当するローカル・グラウンドに接続すること により、多くのグラウンド問題を解決することができます。 低レベルのアナログ信号をノイズの多いデジタル環境から分離する ため、多くのデータ・アクイジション部品では、アナログとデジ タルのグラウンド・ピンが分かれています(図 46 参照)。1 本のグ ラウンド・ラインを使用することは便利ですが、グラウンド配線 と回路カードのPCパターンを通過する電流が数百ミリボルトの誤 差を発生させることがあります。このため、別々のグラウンド・ リターンを使って、敏感なポイントからシステム・グラウンドへ 流れる電流を小さくする必要があります。これらのグラウンド・ リターンは 1 点で接続する必要があります。通常はADCパッケー ジで接続するのが最適です(図 46)。 ANALOG P.S. +15V C –15V 0.1 F 0.1 F DIGITAL P.S. C +5V 1 F 1 F 1 F AD620 AD585 S/H AD574A ADC 図 46.基本的なグラウンド接続 Rev. G － 17/20 － DIGITAL DATA OUTPUT 00775-0-048 + AD620 +VS 入力バイアス電流のグラウンド・リターン – INPUT 入力バイアス電流は、アンプの入力トランジスタにバイアスを与 えるために流す電流です。これらの電流に対しては、直流リター ン・パスを設ける必要があります。このため、トランスやAC結合 ソースのようなフローティング入力ソースを増幅する場合、各入 力からグラウンドへのDCパスが必要です(図 47、図 48、図 49 参 照)。計装アン プ・アプリケーションの詳細については、「 A Designer’s Guide to Instrumentation Amplifiers」(アナログ・デバイセズか ら無償提供)を参照してください。 AD620 RG VOUT LOAD REFERENCE + INPUT TO POWER SUPPLY GROUND +VS – INPUT 00775-0-050 –VS 図 48.バイアス電流のグラウンド・リターン―熱電対入力 RG AD620 VOUT +VS – INPUT LOAD + INPUT REFERENCE –VS VOUT LOAD 図 47.バイアス電流のグラウンド・リターン―トランス結合入力 + INPUT 100k 100k REFERENCE –VS TO POWER SUPPLY GROUND 図 49.バイアス電流のグラウンド・リターン―AC 結合入力 Rev. G － 18/20 － 00775-0-051 TO POWER SUPPLY GROUND AD620 00775-0-049 RG AD620 外形寸法 0.400 (10.16) 0.365 (9.27) 0.355 (9.02) 8 5 1 4 5.00 (0.1968) 4.80 (0.1890) 0.280 (7.11) 0.250 (6.35) 0.240 (6.10) 0.325 (8.26) 0.310 (7.87) 0.300 (7.62) PIN 1 0.100 (2.54) BSC 0.060 (1.52) MAX 0.210 (5.33) MAX 0.150 (3.81) 0.130 (3.30) 0.115 (2.92) 0.014 (0.36) 0.010 (0.25) 0.008 (0.20) 0.430 (10.92) MAX 0.005 (0.13) MIN 図 50. 8 ピン・プラスチック・デュアルインライン・パッケージ [PDIP] ナロー・ボディ(N-8).寸法表示:インチ(mm) 0.055 (1.40) MAX 8 5 0.310 (7.87) 0.220 (5.59) PIN 1 4 0.100 (2.54) BSC 0.320 (8.13) 0.290 (7.37) 0.405 (10.29) MAX 0.200 (5.08) 0.125 (3.18) 0.023 (0.58) 0.014 (0.36) 0.060 (1.52) 0.015 (0.38) 0.150 (3.81) MIN SEATING 0.070 (1.78) PLANE 0.030 (0.76) 15° 0° 0.015 (0.38) 0.008 (0.20) CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN INCHES; MILLIMETER DIMENSIONS (IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF INCH EQUIVALENTS FOR REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN 図 51. 8 ピン・セラミック・デュアルインライン・パッケージ [CERDIP] (Q-8) 寸法:インチ(mm) Rev. G 1.75 (0.0688) 1.35 (0.0532) 0.51 (0.0201) COPLANARITY SEATING 0.31 (0.0122) 0.10 PLANE 0.50 (0.0196) 45° 0.25 (0.0099) 8° 0.25 (0.0098) 0° 1.27 (0.0500) 0.40 (0.0157) 0.17 (0.0067) 図 52. 8 ピン標準スモール・アウトライン・パッケージ[SOIC] ナロー・ボディ(R-8) 寸法: mm (インチ) COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-001-BA CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN INCHES; MILLIMETER DIMENSIONS (IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF INCH EQUIVALENTS FOR REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN. CORNER LEADS MAY BE CONFIGURED AS WHOLE OR HALF LEADS. 0.200 (5.08) MAX 1.27 (0.0500) BSC 6.20 (0.2440) 5.80 (0.2284) COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-012AA CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS; INCH DIMENSIONS (IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF MILLIMETER EQUIVALENTS FOR REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN 0.070 (1.78) 0.060 (1.52) 0.045 (1.14) 1 4 0.25 (0.0098) 0.10 (0.0040) 0.015 (0.38) GAUGE PLANE SEATING PLANE 0.005 (0.13) MIN 5 0.195 (4.95) 0.130 (3.30) 0.115 (2.92) 0.015 (0.38) MIN 0.022 (0.56) 0.018 (0.46) 0.014 (0.36) 8 4.00 (0.1574) 3.80 (0.1497) 1 － 19/20 － AD620 オーダー・ガイド Model Temperature Range Package Option1 AD620AN AD620ANZ2 AD620BN AD620BNZ2 AD620AR AD620ARZ2 AD620AR-REEL AD620ARZ-REEL2 AD620AR-REEL7 AD620ARZ-REEL72 AD620BR AD620BRZ2 AD620BR-REEL AD620BRZ-RL2 AD620BR-REEL7 AD620BRZ-R72 AD620ACHIPS AD620SQ/883B −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −40°C to +85°C −55°C to +125°C N-8 N-8 N-8 N-8 R-8 R-8 13" REEL 13" REEL 7" REEL 7" REEL R-8 R-8 13" REEL 13" REEL 7" REEL 7" REEL Die Form Q-8 1 N =プラスチック DIP、Q = CERDIP、R = SOIC。 2 Z = 鉛フリー・デバイス。 Rev. G － 20/20 －