レールtoレール出力、MSOPパッケージの JFET入力計装アンプ AD8220 ピン配置 特長 AD8220 1 8 +V S RG 2 7 V OUT RG 3 6 REF +IN 4 5 –V S 03579-005 –IN 上面図 (実寸ではありません) 図1 10n 入力バイアス電流(A) 低入力電流 入力バイアス電流(Bグレード):10pA(max) 入力オフセット電流(Bグレード):0.6pA(max) 高CMRR 100dB CMRR(min)、G=10(Bグレード) 5kHzまで80dB CMRR(min)、G=1(Bグレード) 優れたAC仕様と低消費電力 帯域幅:1.5MHz(G=1) 入力ノイズ:14nV/ Hz (1kHz) スルーレート:2V/µs 無負荷時電源電流:750µA(max) 汎用 MSOPパッケージ レールtoレール出力 負側電源レール以下までの入力電圧範囲 ESD保護:4kV 単電源:4.5∼36V 両電源:±2.25∼±18V 1本の抵抗によるゲイン設定(G=1∼1000) 1n IBIAS 100p 10p IOS 1p アプリケーション –50 03579-059 0.1p 医療機器 高精度のデータ・アクイジション トランスデューサ・インターフェース –25 0 25 50 75 100 125 150 温度(℃) 図2. 入力バイアス電流とオフセット電流の温度特性 概要 AD8220は、MSOPパッケージで提供される初の単電源JFET入 力計装アンプです。高性能な携帯型計測器のニーズに応えるべ く設計されたAD8220 の最小同相ノイズ除去比(CMRR )は、 DCにおいて86dBで、G=1では5kHz時に80dBとなっています。 最大入力バイアス電流は 10pA で、一般には工業用温度範囲の 全域で 300pA 未満です。 JFET 入力であるにもかかわらず、ノ イズ・コーナーの周波数はわずか10Hz(typ)です。 ミックスド・シグナル処理の普及とともに、各システムで要求 される電源の数が増えていますが、AD8220はこの問題を緩和 するように設計されています。 AD8220 は、± 18V の両電源 と+5Vの単電源で動作します。レールtoレール出力段では、携 帯型アプリケーションに共通な低電源電圧でのダイナミック・ レンジを最大限に拡張します。5V単電源で動作できるため、高 電圧の両電源を使用する必要がありません。無負荷時電流は 750µA(max)で、バッテリ駆動のデバイスに最適です。 REV. A アナログ・デバイセズ株式会社 ゲインは、1本の抵抗により1∼1000の範囲で設定できます。ゲ インが増加すると、同相ノイズ除去も増加します。小信号の読 出し時に高いCMRRを必要とする測定では、AD8220に大きな ゲインを設定することを推奨します。 リファレンス・ピンを使用することにより出力電圧を調整でき ます。この機能はA/Dコンバータ(ADC)とインターフェース をとるときに便利です。 AD8220は、SOICのおよそ半分のボード面積のMSOPパッケー ジを採用しています。性能は−40∼+85℃の工業用温度範囲で 仕様規定しています。 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。 © 2006–2007 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 AD8220 目次 特長 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 アプリケーション . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 ピン配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 概要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 改訂履歴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 仕様 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 絶対最大定格 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 ESDに関する注意 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 ピン配置と機能の説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 代表的な性能特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 動作原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ゲイン選択. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 レイアウト. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 リファレンス端子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 電源の安定化とバイパス. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 入力バイアス電流のリターン・パス. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 入力保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 RF干渉 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 同相入力電圧範囲. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ADCの駆動 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 アプリケーション . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ACカップリングの計装アンプ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 差動出力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 心電図のシグナル・コンディショニング. . . . . . . . . . . . . . . 25 外形寸法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 オーダー・ガイド. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 改訂履歴 5/07―Rev. 0 to Rev. A Changes to Table 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Changes to Table 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Changes to Table 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Changes to Figure 6 and Figure 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Changes to Figure 23 and Figure 24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Changes to Theory of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Changes to Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Changes to Ordering Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4/06―Revision 0: Initial Version ―2― REV. A AD8220 仕様 特に指定のない限り、VS+=+15V、VS−=−15V、VREF=0V、TA=+25℃、G=1、RL=2kΩ1。 表1 パラメータ Min テスト条件 Aグレード Typ Max Min Bグレード Typ Max 単位 同相ノイズ除去比(CMRR) CMRR(DC∼60Hz、 1kΩの信号源不平衡時) VCM=±10V G=1 78 86 dB G=10 94 100 dB G=100 94 100 dB 94 100 dB G=1000 CMRR(5kHz) VCM=±10V G=1 74 80 dB G=10 84 90 dB G=100 84 90 dB G=1000 84 90 dB ノイズ RTIノイズ=√(eni +(eno/G) ) 2 2 電圧ノイズ(1kHz) 入力電圧ノイズ(eni) VIN+、VIN−=0V 14 14 17 nV Hz 出力電圧ノイズ(eno) VIN+、VIN−=0V 90 90 100 nV Hz RTI(0.1∼10Hz) G=1 5 5 µVp-p G=1000 0.8 0.8 µVp-p 1 1 fA/ Hz 電流ノイズ 電圧オフセット f=1kHz VOS=VOSI+VOSO/G 入力オフセット(VOSI) 平均TC T=−40∼+85℃ 出力オフセット(VOSO) 平均TC 電源 対 オフセットRTI (PSR) T=−40∼+85℃ 250 125 µV 10 5 µV/℃ 750 500 µV 10 5 µV/℃ VS=±5∼±15V G=1 86 86 dB G=10 96 100 dB G=100 96 100 dB G=1000 96 100 dB 入力電流 25 入力バイアス電流 全温度範囲 T=−40∼+85℃ 300 全温度範囲 T=−40∼+85℃ pA 0.6 pA 300 2 入力オフセット電流 10 pA 5 5 pA ダイナミック応答 小信号帯域幅−3dB G=1 1500 1500 kHz G=10 800 800 kHz G=100 120 120 kHz G=1000 14 14 kHz REV. A ―3― AD8220 Aグレード パラメータ テスト条件 Min Typ Bグレード Max Min Typ Max 単位 セトリング時間(0.01%) 10Vステップ G=1 5 5 µs G=10 4.3 4.3 µs G=100 8.1 8.1 µs G=1000 58 58 µs G=1 6 6 µs G=10 4.6 4.6 µs G=100 9.6 9.6 µs G=1000 74 74 µs セトリング時間(0.001%)10Vステップ スルーレート G=1∼100 2 2 V/µs G=1+(49.4kΩ/RG) ゲイン 1 ゲイン・レンジ 1000 1 1000 V/V 0.04 % VOUT=±10V ゲイン誤差 G=1 0.06 G=10 0.3 0.2 % G=100 0.3 0.2 % 0.3 0.2 % G=1000 VOUT=−10∼+10V ゲイン非直線性 G=1 RL=10kΩ 10 15 10 15 ppm G=10 RL=10kΩ 5 10 5 10 ppm G=100 RL=10kΩ 30 60 30 60 ppm G=1000 RL=10kΩ 400 500 400 500 ppm G=1 RL=2kΩ 10 15 10 15 ppm G=10 RL=2kΩ 10 15 10 15 ppm G=100 RL=2kΩ 50 75 50 75 ppm 3 10 2 5 ppm/℃ −50 ppm/℃ +VS−2 V ゲインの温度特性 G=1 G>10 −50 入力 インピーダンス (ピンからグラウンド)2 入力動作電圧範囲 温度範囲 3 104||5 104||5 −VS−0.1 GΩ||pF 両電源では VS=±2.25∼±18V −VS−0.1 +VS−2 T=−40∼+85℃ −VS−0.1 +VS−2.1 −VS−0.1 +VS−2.1 V RL=2kΩ −14.3 +14.3 −14.3 +14.3 V T=−40∼+85℃ −14.3 +14.1 −14.3 +14.1 V RL=10kΩ −14.7 +14.7 −14.7 +14.7 V T=−40∼+85℃ −14.6 +14.6 −14.6 +14.6 V 出力 出力振幅 温度範囲 出力振幅 温度範囲 15 短絡電流 15 mA リファレンス入力 RIN IIN 電圧範囲 40 VIN+、VIN−=0V 40 70 −VS +VS 1±0.0001 出力までのゲイン ―4― kΩ 70 −VS +VS 1±0.0001 µA V V/V REV. A AD8220 Aグレード パラメータ テスト条件 Min Typ Bグレード Max Min ±18 ±2.254 Typ Max 単位 電源 ±2.254 動作電圧範囲 無負荷時電源電流 温度特性 T=−40∼+85℃ ±18 V 750 750 µA 850 850 µA 温度範囲 規定性能 −40 +85 −40 +85 ℃ 動作時5 −40 +125 −40 +125 ℃ 出力が 4mA 以上シンクする場合、リンギングを防止するために 47pF のコンデンサを負荷と並行に使用してください。コンデンサを使用しない場合、これよりも大きな負荷 (10kΩなど)を使用してください。 差動および同相入力インピーダンスは、次のようにピン・インピーダンスから計算できます。ZDIFF=2(ZPIN); ZCM=ZPIN/2。 3 AD8220は負側電源を1ダイオード・ドロップだけ下回る電圧まで動作できますが、バイアス電流は急激に増加します。入力電圧範囲は、入力バイアス電流が仕様に収まる最大許 容電圧を反映します。 4 この電源電圧において、入力同相電圧が入力電圧範囲の仕様に収まるようにします。 5 AD8220は−40∼+125℃で特性付けられています。この温度範囲の予測動作については、「代表的な性能特性」を参照してください。 1 2 特に指定のない限り、VS+=+5V、VS−=0V、VREF=2.5V、TA=+25℃、G=1、RL=2kΩ1。 表2 Aグレード パラメータ テスト条件 Min Typ Bグレード Max Min Typ Max 単位 同相ノイズ除去比(CMRR) CMRR(DC∼60Hz、 1kΩの信号源不平衡時) VCM=0∼2.5V G=1 78 86 dB G=10 94 100 dB G=100 94 100 dB G=1000 94 100 dB G=1 74 80 dB G=10 84 90 dB G=100 84 90 dB 84 90 dB CMRR(5kHz) VCM=0∼2.5V G=1000 ノイズ RTIノイズ=√(eni2+(eno/G)2) 電圧ノイズ(1kHz) VS=±2.5V 入力電圧ノイズ(eni) VIN+、VIN−=0V、VREF=0V 14 14 17 nV Hz 出力電圧ノイズ(eno) VIN+、VIN−=0V、VREF=0V 90 90 100 nV Hz 5 5 RTI(0.1∼10Hz) G=1 G=1000 電流ノイズ 電圧オフセット f=1kHz T=−40∼+85℃ 出力オフセット(VOSO) 平均TC 0.8 0.8 µVp-p 1 1 fA/ Hz VOS=VOSI+VOSO/G 入力オフセット(VOSI) 平均TC µVp-p T=−40∼+85℃ 300 200 µV 10 5 µV/℃ 800 600 µV 10 5 µV/℃ 電源 対 オフセットRTI (PSR) G=1 86 86 dB G=10 96 100 dB G=100 96 100 dB G=1000 96 100 dB REV. A ―5― AD8220 Aグレード パラメータ テスト条件 Min Typ Bグレード Max Min Typ Max 単位 入力電流 25 入力バイアス電流 10 300 T=−40∼+85℃ 5 5 pA G=1 1500 1500 kHz G=10 800 800 kHz G=100 120 120 kHz G=1000 14 14 kHz 2 入力オフセット電流 全温度範囲 300 pA T=−40∼+85℃ 全温度範囲 pA 0.6 pA ダイナミック応答 小信号帯域幅−3dB セトリング時間(0.01%) G=1 3Vステップ 2.5 2.5 µs G=10 4Vステップ 2.5 2.5 µs G=100 4Vステップ 7.5 7.5 µs G=1000 4Vステップ 30 30 µs セトリング時間(0.001%) G=1 3Vステップ 3.5 3.5 µs G=10 4Vステップ 3.5 3.5 µs G=100 4Vステップ 8.5 8.5 µs G=1000 4Vステップ 37 37 µs スルーレート G=1∼100 ゲイン 2 V/µs G=1(49.4kΩ/RG) 1 ゲイン・レンジ ゲイン誤差 2 1000 1 1000 V/V % VOUT=0.3∼2.9V(G=1) VOUT=0.3∼3.8V(G>1) G=1 0.06 0.04 G=10 0.3 0.2 % G=100 0.3 0.2 % 0.3 0.2 % G=1000 非直線性 VOUT=0.3∼2.9V(G=1) VOUT=0.3∼3.8V(G>1) G=1 RL=10kΩ 35 50 35 50 ppm G=10 RL=10kΩ 35 50 35 50 ppm G=100 RL=10kΩ 50 75 50 75 ppm G=1000 RL=10kΩ 650 750 650 750 ppm G=1 RL=2kΩ 35 50 35 50 ppm G=10 RL=2kΩ 35 50 35 50 ppm G=100 RL=2kΩ 50 75 50 75 ppm 10 2 5 ppm/℃ −50 ppm/℃ ゲインの温度特性 G=1 3 G>10 −50 ―6― REV. A AD8220 Aグレード パラメータ テスト条件 Min Typ Bグレード Max Min Typ Max 単位 入力 インピーダンス (ピンからグラウンド)2 104||6 −0.1 GΩ||pF −0.1 +VS−2 −0.1 +VS−2.1 −0.1 +VS−2.1 V RL=2kΩ 0.25 4.75 4.75 入力電圧範囲 温度特性 104||6 T=−40∼+85℃ 3 +VS−2 V 出力 出力振幅 温度特性 出力振幅 温度特性 0.25 V T=−40∼+85℃ 0.3 4.70 0.3 4.70 V RL=10kΩ 0.15 4.85 0.15 4.85 V T=−40∼+85℃ 0.2 4.80 0.2 15 短絡電流 4.80 15 V mA リファレンス入力 RIN 40 IIN VIN+、VIN−=0V −VS 電圧範囲 40 70 +VS −VS 1±0.0001 出力までのゲイン kΩ 70 +VS 1±0.0001 µA V V/V 電源 +4.5 動作電圧範囲 無負荷時電源電流 温度特性 T=−40∼+85℃ +36 +4.5 +36 V 750 750 µA 850 850 µA 温度範囲 規定性能 動作時 4 −40 +85 −40 +85 ℃ −40 +125 −40 +125 ℃ 出力が 4mA 以上シンクする場合、リンギングを防止するために 47pF のコンデンサを負荷と並行に使用してください。コンデンサを使用しない場合、これよりも大きな負荷 (10kWなど)を使用してください。 2 差動および同相入力インピーダンスは、次のようにピン・インピーダンスから計算できます。ZDIFF=2(ZPIN); ZCM=ZPIN/2。 3 AD8220は負側電源を1ダイオード・ドロップだけ下回る電圧まで動作できますが、バイアス電流は急激に増加します。入力電圧範囲は、入力バイアス電流が仕様に収まる最大許 容電圧を反映します。 4 AD8220は−40∼+125℃で特性付けられています。この温度範囲の予測動作については、「代表的な性能特性」を参照してください。 1 REV. A ―7― AD8220 絶対最大定格 表3 パラメータ 定格値 電源電圧 ±18V 消費電力 図3を参照 出力短絡電流 無期限1 入力電圧(同相) ±Vs 差動入力電圧 ±Vs 保存温度 −65∼+125℃ 左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 は、パッケージでの最大安全消費電力と、 4 層 JEDEC 規格 ボードでのMSOPの周囲温度との関係を示します。θJAの値は近 似値です。 2.00 −40∼+125℃ ピン温度範囲(ハンダ処理、10秒) 300℃ 1.75 1.50 ジャンクション温度 140℃ θJA(4層JEDEC規格ボード) 135℃/W パッケージのガラス遷移温度 140℃ ESD(人体モデル) 4kV ESD(デバイス帯電モデル) 1kV ESD(マシン・モデル) 0.4kV 最大消費電力(W) 動作温度範囲 2 1.25 1.00 0.75 0.50 負荷は電源電圧の1/2を基準にすると想定します。 2 仕様性能を得るための温度は−40∼+85℃です。+125℃までの性能については 「代表的な性能特性」を参照してください。 1 0 –40 03579-045 0.25 –20 0 20 40 60 80 100 120 周囲温度(℃) 図3. 周囲温度 対 最大消費電力 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。 ―8― REV. A AD8220 AD8220 –IN 1 8 +V S RG 2 7 V OUT RG 3 6 REF +IN 4 5 –V S 上面図 (実寸ではありません) 03579-005 ピン配置と機能の説明 図4. ピン配置 表4. ピン機能の説明 ピン番号 記号 説明 1 −IN 負側入力端子(真の差動入力) 2、3 RG ゲイン設定端子(RGピンを隔てて抵抗を配置) 4 +IN 正側入力端子(真の差動入力) 5 −VS 負側電源端子 6 REF リファレンス電圧端子(低インピーダンス電圧源によりこの端子を駆動して出力をレベル・シフト) 7 VOUT 出力端子 8 +VS 正側電源端子 REV. A ―9― AD8220 代表的な性能特性 1600 1200 1400 1000 1200 ユニット数 ユニット数 800 600 1000 800 600 400 400 03579-060 200 –40 –20 0 20 200 03579-063 0 0 40 0 1 2 CMRR (µV/V) 図5. 3 4 5 IBIAS (pA) CMRRの代表的な分布(G=1) 図8. 入力バイアス電流の代表的な分布 1200 1000 1000 ユニット数 800 600 600 400 200 200 0 –200 –100 0 100 03579-064 400 03579-061 ユニット数 800 0 200 –0.2 –0.1 0 V OSI (µV) 図6. 0.1 0.2 IOS (pA) 図9. 入力オフセット電圧の代表的な分布 入力オフセット電流の代表的な分布 1000 電圧ノイズRTI(n V / Hz) 1000 600 400 ゲイン=100の帯域幅ロールオフ 100 ゲイン=1 ゲイン=10 ゲイン=100/ゲイン=1000 10 200 ゲイン=1000の帯域幅ロールオフ 0 –1000 –500 0 500 03579-042 03579-062 ユニット数 800 1 1000 1 10 V OSI (µV) 図7. 100 1k 10k 100k 周波数(Hz) 図10. 出力オフセット電圧の代表的な分布 ― 10 ― 電圧スペクトル密度の周波数特性 REV. A AD8220 150 XX ゲイン=1000 130 ゲイン=100 XXX ( X) PSRR ( dB) 110 帯域幅限界 ゲイン=10 90 ゲイン=1 70 50 03579-035 1s/DIV XX XX 30 03579-024 5µV/DIV 10 XX 1 10 100 図11. 1k 10k 100k 1M 周波数(Hz) XXX (X) 0.1∼10HzのRTI電圧ノイズ(G=1) 図14. XX 正のPSRRの周波数特性(RTI) 150 130 XXX ( X) PSRR ( dB) 110 ゲイン=1000 90 ゲイン=1 70 ゲイン=10 50 ゲイン=100 1s/DIV 03579-040 03579-025 1µV/DIV XX XX 30 10 XX 1 10 100 図12. 1k 10k 100k 1M 周波数(Hz) XXX (X) 0.1∼10HzのRTI電圧ノイズ(G=1000) 図15. 負のPSRRの周波数特性(RTI) 0.3 8 7 入力バイアス電流(pA) 5 4 3 2 0.1 7 0 5 –15.1V –0.2 –5.1V 1 10 100 –1 –16 1k REV. A –0.3 –0.5 –12 –8 –4 0 4 8 同相電圧(V) 時間(秒) 図13. 入力バイアス 電流±5 入力バイアス 電流±15 –0.4 03579-009 0 0.1 –0.1 3 1 1 0.2 入力オフセット 電流±5 図16. ウォームアップ時間 対 入力オフセット 電圧の変化 ― 11 ― 同相電圧 対 入力バイアス/ オフセット電流 12 16 03579-050 Δ V O SI ( µ V ) 6 入力オフセット 電流±15 入力オフセット電流(pA) 9 AD8220 160 10n 140 IBIAS 120 CMRR ( dB) 100p 10p IOS 1p 60 03579-059 –25 0 25 50 75 100 125 40 150 10 1 100 温度(℃) 図17. 帯域幅限界 ゲイン=1 ゲイン=10 80 0.1p –50 ゲイン=100 100 03579-051 入力バイアス電流(A) ゲイン=1000 1n 1k 10k 100k 周波数(Hz) 図20. 入力バイアス電流とオフセット電流の 温度特性(VS=±15V、VREF=0V) CMRRの周波数特性 (1kΩの信号源不平衡時) 10 8 10n 6 1n 4 Δ CMRR ( µ V /V ) 100p 10p IOS 1p 2 0 –2 –4 –6 03579-065 0.1p –50 –25 0 25 50 75 100 –8 –10 –50 150 125 03579-034 電流(A) IBIAS –30 –10 10 温度(℃) 図18. 図21. 入力バイアス電流とオフセット電流の 温度特性(VS=+5V、VREF=2.5V) 160 ゲイン=1000 70 90 110 130 CMRRの変化の温度特性(G=1) ゲイン=1000 50 40 ゲイン=100 ゲイン(dB) ゲイン=100 ゲイン=10 100 帯域幅限界 ゲイン=1 80 30 20 ゲイン=10 10 0 ゲイン=1 –10 40 10 100 1k 10k 03579-022 –20 60 03579-023 CMRR ( dB) 120 50 70 60 140 30 温度(℃) –30 –40 100 100k 1k 10k 周波数(Hz) 図19. 100k 1M 10M 周波数(Hz) CMRRの周波数特性 図22. ― 12 ― ゲインの周波数特性 REV. A 非直線性(500ppm/DIV) 非直線性(5ppm/DIV) AD8220 RLOAD = 2kΩ RLOAD = 2kΩ RLOAD = 10kΩ V S = ±15V –10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 03579-029 03579-026 RLOAD = 10kΩ V S = ±15V 10 –10 –8 –6 –4 –2 0 出力電圧(V) 図23. 2 4 6 8 10 出力電圧(V) ゲイン非直線性(G=1) 図26. ゲイン非直線性(G=1000) 18 +13V 入力同相電圧(V) 非直線性(5ppm/DIV) 12 RLOAD = 2kΩ RLOAD = 10kΩ ±15V 電源 6 –14.8V、+5.5V 0 +14.9V、+5.5V +3V –4.8V、+0.6V +4.95V、+0.6V ±5V 電源 –4.8V、–3.3V +4.95V、–3.3V –6 –14.8V、–8.3V +14.9V、–8.3V –5.3V V S = ±15V –10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 –15.3V –18 –16 10 –12 –8 –4 0 4 8 12 16 出力電圧(V) 出力電圧(V) 図24. 03579-037 03579-027 –12 ゲイン非直線性(G=10) 図27. 出力電圧 対 入力同相電圧範囲 (G=1、VREF=0V) 4 +3V 入力同相電圧(V) 非直線性(50ppm/DIV) 3 RLOAD = 2kΩ RLOAD = 10kΩ 2 +0.1V、+1.7V +4.9V、+1.7V +5V 単電源 V REF = +2.5V 1 +0.1V、+0.5V +4.9V、+0.5V 0 –10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 –1 –1 10 0 REV. A 2 3 4 5 出力電圧(V) 出力電圧(V) 図25. 1 03579-036 –0.3V 03579-028 V S = ±15V ゲイン非直線性(G=100) 図28. ― 13 ― 出力電圧 対 入力同相電圧範囲 (G=1、VS=+5V、VREF=2.5V) 6 AD8220 V S+ 入力同相電圧(V) 6 +3V –14.9V、+5.4V +14.9V、+5.4V –4.9V、+0.4V 0 +4.9V、+0.5V ±5V 電源 –4.9V、–4.1V +4.9V、–4.1V –6 –5.3V –14.8V、–9V +14.9V、–9V –12 –18 –16 –12 –8 –4 0 03579-039 –15.3V 4 8 12 –1 –40°C –2 –3 +125°C –4 +4 +3 +2 +125°C 2 4 6 8 出力電圧(V) 図29. +25°C –40°C 10 12 14 16 18 両電源電圧(±V) 図32. 出力電圧 対 入力同相電圧範囲 (G=100、VREF=0V) 4 電源電圧 対 出力電圧振幅 (RL=2kΩ、G=10、VREF=0V) 2 +0.1V、+1.7V +4.9V、+1.7V +5V 単電源 V REF = +2.5V 1 0 –1 –1 0 +4.9V、–0.5V –0.3V 1 2 3 4 03579-038 +0.1V、–0.5V 5 –0.2 +0.4 +125°C +85°C +25°C –40°C +85°C +25°C –40°C +0.2 V S– 6 +125°C –0.4 03579-054 3 電源電圧を基準にした出力電圧振幅(V) V S+ +3V 入力同相電圧(V) +85°C +1 V S– 16 +85°C +25°C 03579-053 +13V ±15V 電源 12 電源電圧を基準にした出力電圧振幅(V) 18 2 4 6 8 図30. 10 12 14 16 18 両電源電圧(±V) 出力電圧(V) 図33. 出力電圧 対 入力同相電圧範囲 (G=100、VS=+5V、VREF=2.5V) V S+ 電源電圧 対 出力電圧振幅 (RL=10kΩ、G=10、VREF=0V) 15 –1 –40°C +125°C 10 –40°C +25°C +25°C 出力電圧振幅(V) 入力電圧限界(V) –2 +85°C 注 1. AD8220は負側電源を1VBEだけ下回るまで 動作できますが、バイアス電流は急激に増加 します。 +85°C 5 +125°C 0 +125°C –5 +1 +25°C +85°C +85°C +125°C –10 03579-052 V S– –1 2 4 6 8 10 12 14 16 +25°C –40°C –15 100 18 1k 電源電圧(V) 図31. 03579-055 –40°C 10k RLOAD (Ω) 図34. 電源電圧 対 入力電圧限界 (G=1、VREF=0V) ― 14 ― 負荷抵抗 対 出力電圧振幅 (VS=±15V、VREF=0V) REV. A AD8220 XX 5 47pF –40°C 無負荷 +85°C 100pF +25°C 4 3 2 +25°C +85°C –40°C 0 100 1k 20mV/DIV XX XX 10k 03579-018 +125°C 1 03579-056 出力電圧振幅(V) +125°C 5µs/DIV XX RLOAD (Ω) 図35. XXX (X) 図38. 負荷抵抗 対 出力電圧振幅 (VS=+5V、VREF=2.5V) XX V S+ 47pF –40°C –1 100pF 無負荷 +125°C –2 +85°C +25°C –3 XXX ( X) –4 +4 +3 +125°C +85°C +25°C +1 –40°C V S– 0 2 4 6 8 10 12 14 20mV/DIV XX XX 16 03579-019 +2 03579-057 電源電圧を基準にした出力電圧振幅(V) さまざまな容量性負荷に対する小信号 パルス応答(VS=±15V、VREF=0V) 5µs/DIV XX IOUT (mA) 図36. XXX (X) 図39. 出力電流 対 出力電圧振幅 (VS=±15V、VREF=0V) 35 30 –1 GAIN = 10、100、1000 +25°C 出力電圧振幅(Vp-p) +85°C +125°C –2 +2 +85°C +25°C 25 GAIN = 1 20 15 10 +125°C –40°C 0 2 4 6 8 10 12 14 5 0 100 16 03579-021 +1 03579-058 電源電圧を基準にした出力電圧振幅(V) V S+ V S– さまざまな容量性負荷に対する小信号 パルス応答(VS=+5V、VREF=2.5V) 1k 図37. REV. A 10k 100k 1M 周波数(Hz) IOUT (mA) 図40. 出力電流 対 出力電圧振幅 (VS=+5V、VREF=2.5V) ― 15 ― 大信号周波数応答 対 出力電圧振幅 10M AD8220 XX XX 5V/DIV XXX ( X) XXX ( X) 5V/DIV 0.002%/DIV 20µs/DIV XX XX 200µs/DIV XX XX XX XX XXX (X) 図41. 0.01%まで58µs 0.001%まで74µs 03579-049 0.01%まで5µs 0.001%まで6µs 03579-046 0.002%/DIV XXX (X) 図44. 大信号パルス応答とセトリング時間 (G=1、RL=10kΩ、VS=±15V、VREF=0V) 大信号パルス応答とセトリング時間 (G=1000、RL=10kΩ、VS=±15V、VREF=0V) XX XX X XXX ( X) 5V/DIV 0.01%まで4.3µs 0.001%まで4.6µs 20µs/DIV XX XX 03579-014 20mV/DIV 03579-047 0.002%/DIV 4µs/DIV XX XXX XXX (X) 図42. 図45. 大信号パルス応答とセトリング時間 (G=10、RL=10kΩ、VS=±15V、VREF=0V) 小信号パルス応答(G=1、RL=2kΩ、 CL=100pF、VS=±15V、VREF=0V) XX XX X XXX ( X) 5V/DIV 0.01%まで8.1µs 0.001%まで9.6µs 20µs/DIV XX XX 03579-014 20mV/DIV 03579-048 0.002%/DIV 4µs/DIV XX XXX XXX (X) 図43. 図46. 大信号パルス応答とセトリング時間 (G=100、RL=10kΩ、VS=±15V、VREF=0V) ― 16 ― 小信号パルス応答(G=10、RL=2kΩ、 CL=100pF、VS=±15V、VREF=0V) REV. A XX X XX X AD8220 20mV/DIV 03579-015 03579-012 20mV/DIV 4µs/DIV 4µs/DIV XXX 小信号パルス応答(G=100、RL=2kΩ、 CL=100pF、VS=±15V、VREF=0V) 図50. 小信号パルス応答(G=10、RL=2kΩ、 CL=100pF、VS=+5V、VREF=2.5V) XXX XX X 図47. XXX 20mV/DIV 03579-010 03579-013 20mV/DIV 4µs/DIV 40µs/DIV XXX XXX 小信号パルス応答(G=1000、RL=2kΩ、 CL=100pF、VS=±15V、VREF=0V) 図51. 小信号パルス応答(G=100、RL=2kΩ、 CL=100pF、VS=+5V、VREF=2.5V) XX X XX X 図48. 20mV/DIV 03579-011 03579-017 20mV/DIV 40µs/DIV 4µs/DIV XXX XXX 図49. REV. A 小信号パルス応答(G=1、RL=2kΩ、 CL=100pF、VS=+5V、VREF=2.5V) 図52. ― 17 ― 小信号パルス応答(G=1000、RL=2kΩ、 CL=100pF、VS=+5V、VREF=2.5V) AD8220 10 0.001%までセトリング 0.01%までセトリング 5 0 0 5 10 15 0.001%までセトリング 10 0.01%までセトリング 03579-041 セトリング時間(µs) 100 03579-043 セトリング時間(µs) 15 1 20 1 出力電圧のステップサイズ(V) 図53. 10 100 1000 ゲイン(V/V) 図54. 出力電圧のステップサイズ 対 セトリング時間 (G=1、±15V、VREF=0V) ― 18 ― ゲイン 対 セトリング時間(10Vステップ、 VS=±15V、VREF=0V) REV. A AD8220 動作原理 +V S +V S +V S ノード A +V S ノード B RG 20kΩ R1 24.7kΩ R2 24.7kΩ –V S ノード F +V S 20kΩ –V S 出力 A3 20kΩ +V S +V S ノード C J1 +IN –V S Q1 V PINCH ノード E ノード D C1 Q2 C2 A1 A2 –IN J2 V PINCH +V S –V S REF 20kΩ –V S –V S VB I 03579-006 I –V S AD8220 は、典型的な 3 個のオペアンプ構成をベースとする、 JFET入力のモノリシック計装アンプです(図55を参照)。入力 トランジスタJ1とJ2は固定電流でバイアスされているため、ど んな入力信号が与えられても、A1とA2の出力電圧はそれに応 じて変化します。入力信号によりRGを通じてR1とR2に流れる 電流が生成され、A1とA2の出力は正しく増幅された信号を提 供します。形状的には、 J1 、 A1 、 R1 および J2 、 A2 、 R2 は、 1.5MHzのゲイン帯域幅を持つ高精度な電流帰還型アンプとみ なすことができます。A1とA2からの同相電圧と増幅された差 動信号が差動アンプに印加され、そこで同相電圧は除去され、 差動信号は増幅されます。差動アンプは20kΩ のレーザー・ト リミングされた抵抗を採用しており、ゲイン誤差0.04%未満の 計装アンプとなっています。新しく開発されたトリム技術によ り、CMRRが86dBを超える(G=1)ようになりました。 JFETトランジスタを使用することで、AD8220はきわめて高い 入力インピーダンス、10pA(max)というきわめて低いバイア ス電流、0.6pA(max)という低いオフセット電流を、入力バ イアス電流ノイズなしで提供します。さらに、入力オフセット は125µV未満であり、ドリフトは5µV/℃未満です。使い易さと 堅牢性も考慮されています。高ゲイン時に入力がオーバードラ イブ1されると、過度のミリアンペア入力バイアス電流が生じて、 出力が位相反転することがあります。これは、計装アンプによ く見られる問題ですが、AD8220にはこのような問題は生じま せん。入力バイアス電流は 10µA 未満に制限されているため、 出力がオーバードライブ障害状態のもとで位相反転することは ありません。 簡略回路図 AD8220には、きわめて低い負荷によって引き起こされた非直 線性があります。AD8220を構成するすべてのアンプには、ダ イナミック・レンジを拡張するためのレールtoレール出力機能 があります。AD8220の入力は、負側電源レールより若干低い 場合も含めて、広い同相電圧で信号を増幅できます。AD8220 は広い電源電圧範囲で動作します。+4.5∼+36Vの単電源、ま たは±2.25∼±18Vの両電源で動作できます。AD8220の伝達 関数は次のとおりです。 G =1+ 49.4kΩ RG ユーザは、1 本の標準抵抗を使用することで、簡単かつ正確に ゲインを設定できます。入力アンプでは電流帰還型アーキテク チャを採用しているため、AD8220のゲイン帯域幅積はゲイン とともに増加し、その結果、システムでは高ゲイン時の帯域幅 損失が電圧帰還型アーキテクチャより少なくなります。独自の ピン配置により、 AD8220 は 5kHz ( G = 1 )で 80dB という CMRR仕様を満たします。図56に示すバランスのとれたピン配 置により、CMRR性能に悪影響を与える寄生が減少します。さ らにこの新しいピン配置では、関連するパターンがグループ化 されるため、ボードのレイアウトが簡単になります。たとえば、 ゲイン設定抵抗ピンは入力に隣接し、リファレンス・ピンは出 力の隣にあります。 –IN 1 RG RG +IN AD8220 8 +V S 2 7 V OUT 3 6 REF 4 5 –V S 上面図 (実寸ではありません) 図56. 1 高ゲイン時の入力のオーバードライブは、入力信号が電源電圧の範囲内であって も、アンプが増幅された信号を出力できないことを表します。たとえばゲインが 100のとき、±15V上の10Vでアンプを駆動すると、このアンプは100Vを出力で きないため、入力をオーバードライブすることになります。 REV. A ― 19 ― ピン配置 03579-005 図55. AD8220 ゲイン選択 2つのRG端子を隔てて抵抗を配置すると、AD8220のゲインが 設定されます。これを計算するには、表5 を参照するか、また は次のゲイン式を使用します。 RG = 表5. 49.4kΩ G−1 適切なレイアウトを実装すれば、AD8220の高いCMRRを周波 数の全域にわたって維持できます。入力のソース・インピーダ ンスと容量は正確にマッチングをとるようにしてください。さ らに、ソース抵抗と容量はできるかぎり入力の近くに配置しま す。 標準の1%抵抗を使用して達成されるゲイン 標準の1%抵抗値、RG(Ω) 計算上のゲイン 49.9k 1.990 12.4k 4.984 5.49k 9.998 2.61k 19.93 1.00k 50.40 499 100.0 249 199.4 100 495.0 49.9 991.0 AD8220では周波数の全域で高いCMRRが維持されるため、ラ イン・ノイズやそれに関連する高調波などの障害に対して高い 耐性があります。標準的な計装アンプでは、 200Hz 前後で CMRR が減少するため、この欠点を補うために入力側に同相 フィルタを必要とするのが普通です。しかし、AD8220では広 い周波数範囲にわたって CMRR を除去できるため、入力同相 フィルタリングの必要性が減少します。 グラウンディング AD8220の出力電圧は、リファレンス端子における電位を基準 にして発生します。REFを適切なローカル・グラウンドに接続 するよう、注意してください(図59を参照)。 ゲイン抵抗を使用しない場合、AD8220はデフォルトでG=1に なります。ゲイン精度は、RGの絶対許容誤差によって決定され ます。外付けゲイン抵抗の TC は、計装アンプのゲイン・ドリ フトを増加させます。ゲイン抵抗を使用しない場合、ゲイン誤 差とゲイン・ドリフトが最小に抑えられます。 ミックスド・シグナル環境では、低レベルのアナログ信号をノ イズの大きいデジタル環境から分離する必要があります。多く のADCでは、アナログ・グラウンド・ピンとデジタル・グラウ ンド・ピンが別々にあります。2つのグラウンドを1つのグラウ ンド・プレーンに接続すれば便利ですが、グラウンド・ワイヤ とPCボードを通過する電流によって、大きな誤差が生じること があります。したがって、アナログ・グラウンド・リターンと デジタル・グラウンド・リターンを分離することで、敏感な ポ イントからシステム・グラウンドへの電流フローを最小限に抑 えてください。 図58. レイアウト例―AD8220評価用ボードの最下層 03579-101 最大のシステム性能を得るには、ボードのレイアウトに注意し てください。AD8220の低入力バイアス電流を利用するアプリ ケーションでは、リーク電流を最小限に抑えるために、入力パ スの下方に金属を配置しないでください。周波数の全域で高い CMRRを維持するには、入力パターンを対称にレイアウトし、 RG 抵抗のパターンも対称にレイアウトします。パターンの抵 抗バランスと容量バランスを維持します。このことは入力ピン やR G ピンの下方にある追加のPC ボードメタル層についても同 様です。ゲイン設定抵抗からRGピンまでのパターンはできるだ け短くして、寄生インダクタンスを最小限に抑えます。図57と 図58にレイアウト例を示します。最高精度の出力を得るには、 REFピンからのパターンは、AD8220のローカル・グラウンド に接続する(図59を参照)か、AD8220のローカル・グラウン ドを基準とする電圧に接続します。 03579-102 レイアウト 図57. レイアウト例―AD8220評価用ボードの最上層 ― 20 ― REV. A AD8220 リファレンス端子 入力バイアス電流のリターン・パス リファレンス端子REFは、20kΩ抵抗の一端にあります(図55 を参照)。計装アンプの出力は、REF 端子での電圧を基準とし ます。このことは、出力信号をコモン以外の電圧にオフセット する必要があるときに便利です。たとえば、電圧源をREFピン に接続することで、AD8220がADCとインターフェースするよ うに出力をレベル・シフトできます。許容可能なリファレンス 電圧範囲は、ゲイン、同相入力、電源電圧の関数です。REFピ ンは、+V S または−V S を0.5V 以上超えないようにしてくださ い。 AD8220の入力バイアス電流は10pA未満ときわめて小さな値で すが、それでもなおコモンへのリターン・パスが必要です。ト ランスなどの信号源が電流のリターン・パスを提供できない場 合は、リターン・パスを設けてください(図60を参照)。 +V S AD8220 最高の性能を得るには(特に、出力がREF端子を基準にして測 定されていない場合)、REF 端子へのソース・インピーダンス を低く保持してください。これは、寄生抵抗がCMRRとゲイン 精度に悪影響を与えることがあるためです。 REF –V S 電源の安定化とバイパス AD8220には高いPSRRがあります。しかし、最適な性能を得 るには、安定した DC 電圧を使用して計装アンプに電力を供給 トランス 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。他のリニア回路と同様、バイパス・コンデ ンサを使用してアンプをデカップリングする必要があります。 +V S C 0.1µFのコンデンサは各電源ピンの近くに接続します。10µFの タンタル・コンデンサは、デバイスから離れたところに接続で きます(図59を参照)。ほとんどの場合、この10µFは他の高精 度集積回路と共有できます。 R fHIGH-PASS = 2π1RC AD8220 C REF +V S 0.1µF –V S 10µF ACカップリング 03579-002 R +IN 図60. AD8220 入力保護 負荷 0.1µF –V S 図59. 10µF 03579-001 REF –IN IBIASパスの作成 V OUT 電源のデカップリング、グラウンドを基準にした REFと出力 AD8220 のすべての端子は、 ESD に対して保護されています (ESD 保護は4kV まで保証されています(人体モデル))。さら に、入力構造によって、正側電源を1 ダイオード・ドロップだ け上回ったり、負側電源を1 ダイオード・ドロップだけ下回っ たりする DC 過負荷状態にも対応しています。電圧が電源のダ イオード・ドロップを超えると、ESDダイオードが導通し、電 流がダイオードを流れるようになります。したがって、各入力 に外付け抵抗を直列に接続して、+Vsを超える電圧に対する電 流を制限します。いずれの場合も、AD8220は室温で6mAの連 続電流を安全に流すことができます。 心臓除細動器などのように、AD8220に非常に大きな過負荷電 圧が入力されるアプリケーションでは、外付け直列抵抗と低 リーク電流ダイオード・クランプ( BAV199L 、 FJH1100 、 SP720など)を使用します。 REV. A ― 21 ― AD8220 RF干渉 +15V 大きなRF信号のあるアプリケーションでは、RF整流が問題に なることがあります。この問題は、小さな DC オフセット電圧 として現われます。 AD8220 は性質上、入力において 5pF の ゲート容量CGがあります。マッチングのとれた直列抵抗では、 高周波において整流を減らすナチュラル・ローパス・フィルタ が形成されます(図61を参照)。外付けのマッチングのとれた 直列抵抗と内部ゲート容量との関係は次式で表すことができま す。 0.1µF CC 1nF R +IN 4.02kΩ CD R REF –IN CC 1nF 10µF 0.1µF 03579-003 1 2πRCG 1 2πRCG FilterFreqCM = V OUT AD8220 10nF 4.02kΩ FilterFreqDIFF = 10µF –15V 図62. RFI抑制 +15V 同相入力電圧範囲 0.1µF 同相入力電圧範囲は、内部アンプA1、内部アンプA2、内部ア ンプA3の入力範囲と出力、リファレンス電圧、ゲインの関数で す。図 27 、図 28 、図 29 、図 30 は、さまざまな電源電圧とゲイ ンに対する同相電圧範囲を示します。 10µF ADCの駆動 +IN R CMRRやその他のコンディショニング(電圧のレベル・シフト やゲインなど)を提供するために、ADCの前に計装アンプが使 用される場合がよくあります(図 63 を参照)。この例では、 2.7nFのコンデンサと1kΩの抵抗がAD7685用のアンチエイリア シング・フィルタとなります。2.7nFのコンデンサは、ADCの スイッチド・キャパシタ入力に必要な電荷を格納/供給する働 きもあります。1kΩ の直列抵抗はアンプからの2.7nF 負荷の負 担を減らします。しかし、ADCの前に大きなソース・インピー ダンスがあると、THDが劣化することがあります。 CG AD8220 –V S –IN CG –V S 0.1µF REF 10µF –15V 図61. 03579-030 R V OUT 外付けコンデンサがない場合のRFIフィルタリング 小さなソース抵抗を使用する際の高周波同相信号を除去するた め、計装アンプの入力にローパス RC ネットワークを配置でき ます(図62を参照)。フィルタは次の式に基づいて入力信号帯 域幅を制限します。 FilterFreqDIFF = 図63に示す例は、60kHz以下のアプリケーション用です。THD が重要となる高帯域幅アプリケーションの場合は、直列抵抗を 小さくする必要があります。最悪の場合、小さな直列抵抗が AD8220をロードして、出力のオーバーシュートやリンギング が発生することがあります。このような場合、AD8220の後に AD8615 などのバッファ・アンプを使用して ADC を駆動しま す。 +5V 1 2πR (2CD+CC+CG) 10µF 0.1µF ADR435 4.7µF +5V +IN CCコンデンサのマッチングがとれていない場合は、ローパス・ フィルタのミスマッチが生じます。この不平衡により、 AD8220は同相信号を差動信号として扱います。外付けCCコン デンサのミスマッチの影響を減らすには、C D にC C の10 倍より 大きな値を選択します。これにより、同相周波数より低い差動 フィルタ周波数が設定されます。 ― 22 ― ±50mV 1.07kΩ 1kΩ AD8220 AD7685 REF 2.7nF –IN +2.5V 03579-033 FilterFreqCM 1 = 2πR(CC+CG) 図63. 低周波アプリケーションでのADCの駆動 REV. A AD8220 アプリケーション ACカップリングの計装アンプ 差動出力 アンプのノイズやオフセットに含まれる小信号を測定するの は、困難な場合があります。図64に、小さなAC信号の分解能 を改善できる回路を示します。ゲインが大きくなると、アンプ の入力換算ノイズが 14nV/ Hz まで減少します。したがって、 ノイズ・フロアが下がるので小さな信号を測定できるようにな ります。100倍に増幅されるはずのDCオフセットは、積分器帰 還ネットワークによってAD8220の出力から除去されます。 特定のアプリケーションでは、差動信号の作成が必要になりま す。新しい高分解能のADCは、一般に差動入力を必要とします。 また、長距離伝送において干渉の影響を少なくするために差動 処理が必要になることもあります。 低周波数では、OP1177はAD8220の出力を強制的に0Vにしま す。信号がfHIGH-PASSを超えると、AD8220は入力信号を増幅し て出力します。 ンプからの誤差は、両方の出力に共通であるため同相です。同 様に、ミスマッチ抵抗の使用による誤差は、同相 DC オフセッ ト誤差を生成します。このような誤差は、差動入力ADCまたは 計装アンプによって差動信号処理で除去されます。 この回路を使用して差動 ADC を駆動する場合は、図 66 に示す ように、ADCのリファレンスから抵抗分圧器を使用してVREFを 設定し、出力をADCとレシオメトリックにできます。 +V S 0.1µF +IN R 499Ω 図 65 に、差動信号を出力する AD8220 の構成方法を示します。 OP1177オペアンプを使用し、差動電圧を作成します。オペア fHIGH-PASS = 1 2π RC AD8220 R 15.8kΩ REF C –IN 1µF +V S 0.1µF 0.1µF –V S OP1177 10µF –V S 10µF 図64. REV. A 0.1µF –V S V REF 03579-004 +V S ACカップリングの回路 ― 23 ― AD8220 +15V 振幅 0.1µF +5V 時間 –5V +IN V OUTA = +V IN + VREF 2 AD8220 ±5V 振幅 +5.0V +2.5V +0V REF 4.99kΩ –IN 時間 0.1µF –15V –15V +5V OP1177 +15V 4.99kΩ 0.1µF 0.1µF 10µF V REF 2.5V 振幅 +5.0V +2.5V +0V 03579-008 時間 V OUTB = –V IN + VREF 2 図65. レベル・シフトによる差動出力 +15V 0.1µF 時間 +IN V OUTA = +V IN + VREF 2 AD8220 ±5V 0∼+5VのADCに REF 4.99kΩ –IN リファレンスからの+5V リファレンスからの+5V VREF 2.5V 0.1µF REF 4.99kΩ +AIN –AI N 10nF 4.99kΩ –15V –15V +5V OP1177 +15V 4.99kΩ 0.1µF 0.1µF 10µF 2 図66. 03579-031 0∼+5VのADCに V OUTB = –V IN + VREF レシオメトリックな差動信号を出力するAD8220の構成 ― 24 ― REV. A AD8220 さらに、AD8220のJFET入力には極めて低い入力バイアス電流 があり、電流ノイズがないため、大きなインピーダンスが存在 することの多いECGアプリケーションに便利です。AD8220は MSOPパッケージを採用し、最適なピン配置となっているため、 小さなフットプリントと効率的なレイアウトが可能となり、次 世代の携帯型ECGへの道を開いています。 心電図のシグナル・コンディショニング AD8220は次世代ECG向けの優れた入力アンプとなります。周 波数の全域で高いCMRR 、レールto レール出力、JFET 入力を 持つ小型のAD8220は、このアプリケーションに極めて適して います。皮膚上で測定される電位の範囲は 0.2 ∼ 2mV です。 AD8220では、このような体表面電位の測定における典型的な 問題の多くを解決します。AD8220の高いCMRRは、手術室内 の機器から生じる高周波EMIやライン・ノイズとして混入する 同相信号の除去に役立ちます。レールtoレール出力によって広 いダイナミック・レンジが得られるため、他の計装アンプでは 実現できない高ゲインが得られます。JFET入力は、5pFという 大きな入力容量を提供します。ナチュラル RC フィルタが形成 され、AD8220の前に直列入力抵抗が使用される際の高周波ノ イズが減少します( 「RF干渉」を参照)。 図 67 に、 ECG 回路図の例を示します。 AD8220 の後には、 4.7µFのコンデンサと1MΩの抵抗によって形成される0.033Hz のハイパス・フィルタがあり、電極間に発生する DC オフセッ トを除去します。AD8618では50のゲインが追加され、ADCの 0 ∼ 5V の入力範囲を利用します。 5 次のアクティブなローパ ス・ベッセル・フィルタでは、約160Hzを超える信号を除去し ます。OP2177 は、AD8220 ゲイン設定抵抗のミッドポイント で取得された同相電圧をバッファリング、反転、増幅します。 この右足駆動回路は、同相信号を反転して人体に送り返すこと によって、同相信号をキャンセルします。OP2177の出力にあ る499kΩの直列抵抗は、人体に送られる電流を制限します。 5次のローパス・フィルタ、157Hz G = +50 計装アンプ G = +14 +5V 2.2pF A B 15kΩ AD8220 2.5V 1.18kΩ 57.6kΩ 14kΩ –5V +5V +5V +5V C +5V 4.7µF ADC 2.7nF AD8618 220pF –5V 33nF 2.5V REF +5V 1.15kΩ 1MΩ +5V OP2177 2.5V AD7685 500Ω 14.5kΩ AD8618 24.9kΩ 10kΩ –5V AD8618 +5V 19.3kΩ 4.12kΩ 2.2pF 68nF AD8618 +5V 24.9kΩ 10pF 14.5kΩ 47nF ハイパス・フィルタ、0.033Hz 10kΩ 33nF 19.3kΩ 14kΩ 2.5V 4.99kΩ 22nF 4.7µF リファレンス ADR435 2.5V –5V オペアンプ 68pF 12.7kΩ 866kΩ +5V 499kΩ 03579-032 OP2177 –5V 図67. REV. A ECG回路図の例 ― 25 ― AD8220 外形寸法 3.20 3.00 2.80 8 5 1 5.15 4.90 4.65 4 C03579-0-5/07(A)-J 3.20 3.00 2.80 1番ピン 0.65 BSC 0.95 0.85 0.75 0.15 0.00 1.10 MAX 0.38 0.22 0.23 0.08 8° 0° 0.80 0.60 0.40 実装面 平坦性 0.10 JEDEC規格MO-187-AAに準拠 図68. 8ピン・ミニ・スモール・アウトライン・パッケージ[MSOP] (RM-8) 寸法単位:mm オーダー・ガイド モデル AD8220ARMZ パッケージ・ オプション マーキング −40∼+85℃ 8ピンMSOP RM-8 H01 −40∼+85℃ 8ピンMSOP、13インチのテープ&リール RM-8 H01 AD8220ARMZ-R72 −40∼+85℃ 8ピンMSOP、7インチのテープ&リール RM-8 H01 AD8220ARMZ-RL AD8220BRMZ −40∼+85℃ 8ピンMSOP RM-8 H0P AD8220BRMZ-RL2 −40∼+85℃ 8ピンMSOP、13インチのテープ&リール RM-8 H0P AD8220BRMZ-R72 −40∼+85℃ 8ピンMSOP、7インチのテープ&リール RM-8 H0P 2 AD8220-EVAL 2 パッケージ 2 2 1 温度範囲1 評価用ボード 85∼125℃までの予測動作については「代表的な性能特性」を参照。 Z=RoHS準拠デバイス ― 26 ― REV. A