日本語版

ゼロ・ドリフト、双方向
電流シャント・モニタ
AD8218
機能ブロック図
特長
高い同相モード電圧範囲
動作: 4 V~80 V
-0.3 V~85 V サバイバル
バッファ付き出力電圧
ゲイン= 20 V/V
広い動作温度範囲: −40°C~+125°C
優れた AC/DC 性能
オフセット・ドリフト: ±100 nV/°C (typ)
オフセット: ±50 µV (typ)
ゲイン・ドリフト: ±5 ppm/°C (typ)
DC での CMRR: 110 dB (typ)
VS
R4
AD8218
–IN
R1
OUT
+IN
R2
LDO
R3
GND
REF
09592-001
ENB
図 1.
アプリケーション
ハイサイド電流検出
48 V 通信機器
パワー・マネジメント
基地局
双方向モーター・コントロール
高精度高電圧電流源
概要
AD8218 は、高電圧高分解能の電流シャント・アンプであり、ゲ
インは 20 V/V、最大ゲイン誤差は全温度範囲で±0.35%です。出
力電圧にはバッファが付いているため、一般的なコンバータに
直接インターフェースすることができます。AD8218 は、4 V~
80 V で優れた入力同相モード除去比を提供します。AD8218 はモ
ーター・コントロール、バッテリ・マネジメント、基地局パワ
ー・アンプのバイアス制御などの多様な工業および通信アプリ
ケーションでシャント抵抗の両端で双方向電流測定を行います。
AD8218 は、−40°C~+125°C の温度範囲でブレークスルー性能
を提供します。このデバイスは、全動作温度範囲と同相モード
電圧範囲で±100 nV/°C (typ)のオフセット・ドリフトを実現する
ゼロ・ドリフト・コアを採用しています。0 mV~約 250 mV の
全入力差動電圧範囲で、出力直線性を維持する特別な注意が払
われています。また、AD8218 には 80 mV のリファレンス電圧
も内蔵されており、これを使うと単方向電流検出アプリケーシ
ョンで最適なダイナミック範囲が得られます。入力オフセット
電圧は±50 µV (typ)です。
AD8218 は 8 ピンの MSOP パッケージを採用しています。
Rev. A
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、
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電話 06(6350)6868
本
AD8218
目次
特長......................................................................................................1
出力のクランピング .................................................................... 10
アプリケーション ..............................................................................1
アプリケーション・ノート ............................................................ 11
機能ブロック図 ..................................................................................1
電源(VS)接続................................................................................. 11
概要......................................................................................................1
イネーブル・ピン(ENB)の動作.................................................. 11
改訂履歴..............................................................................................2
アプリケーション情報 .................................................................... 12
仕様......................................................................................................3
単方向ハイサイド電流検出 ........................................................ 12
絶対最大定格 ......................................................................................4
双方向ハイサイド電流検出 ........................................................ 12
ESDの注意 ......................................................................................4
ピン配置およびピン機能説明 ..........................................................5
代表的な性能特性 ..............................................................................6
モーター・コントロールでの電流検出..................................... 12
外形寸法............................................................................................ 13
動作原理............................................................................................10
アンプ・コア ................................................................................10
改訂履歴
2/11—Rev. 0 to Rev. A
Changes to Features ..........................................................................1
1/11—Revision 0: Initial Version
Rev. A
- 2/13 -
オーダー・ガイド ........................................................................ 13
AD8218
仕様
特に指定がない限り、TOPR = −40°C~+125°C、TA = 25°C、RL = 25 kΩ (RL は出力負荷抵抗)、入力同相モード電圧(VCM) = 4 V。
表 1.
Parameter
Min
GAIN
Initial
Accuracy
Accuracy over Temperature
Gain vs. Temperature
Typ
Unit
Test Conditions/Comments
V/V
%
%
ppm/°C
VO ≥ 0.1 V dc, TA
TOPR
TOPR
µV
µV
nV/°C
25°C
TOPR
TOPR
220
80
250
µA
µA
V
mV
dB
TA, input common mode = 4 V, VS = 4 V
TOPR, input common mode = 4 V, VS = 4 V
Common-mode continuous
Differential input voltage
TOPR
VS − 0.1
TA
2
V
V
Ω
80
mV
Voltage at OUT with a differential input of 0 V
and a common-mode input of 4 V
20
±0.1
±0.35
±5
VOLTAGE OFFSET
Offset Voltage (RTI1)
Over Temperature (RTI1)
Offset Drift
±100
INPUT
Bias Current2
130
Common-Mode Input Voltage Range
Differential Input Voltage Range3
Common-Mode Rejection (CMRR)
OUTPUT
Output Voltage Range Low
Output Voltage Range High
Output Impedance
±200
±300
4
0
90
−150
VS Range (Pin 2)
Quiescent Current over Temperature
Power Supply Rejection Ratio (PSRR)
TEMPERATURE RANGE
For Specified Performance
+150
±10
1.5
µV
µV/°C
1 ± 0.0001
MΩ
µA
V
V/V
450
1
kHz
V/µs
2.3
110
µV p-p
nV/√Hz
3
0
DYNAMIC RESPONSE
Small-Signal −3 dB Bandwidth
Slew Rate
NOISE
0.1 Hz to 10 Hz (RTI1)
Spectral Density, 1 kHz (RTI1)
POWER SUPPLY
Operating Range (Pin 2 Floating)
110
0.01
INTERNAL REFERENCE (ENB PIN CONNECTED TO
GND)
Initial Value
Offset (RTI1)
Offset Drift (RTO4)
REFERENCE INPUT (REF, PIN 7)
Input Impedance
Input Current
Input Voltage Range
Input-to-Output Gain
Max
60
5
VS = NC or VS = 5 V
Dependent on VREF/1.5 MΩ
ENB not connected to GND
4
80
V
Power regulated from common mode, VS pin
floating
4
5.5
V
VS must be less than 5.5 V if standalone
supply is used
800
µA
dB
Throughout input common mode
TOPR
+125
°C
90
110
−40
1
RTI = 入力換算。
入力バイアス電流の詳細については、図 8 を参照してください。 この電流は、入力同相モード電圧に依存して変化します。 +IN ピンを流れる入力バイアス電流から内
蔵 LDO の電源も供給されます。
3
差動入力電圧は 250 mV に規定されています。これは出力が内部で 5.2 V にクランプされているためです。これにより出力電圧が一般的な ADC 入力範囲を超えないこ
とが保証されるので、損傷が防止されます。 AD8218 は差動±5 V まで耐えることができますが、出力のクランプ機能のため正常に増幅できるのは約 250 mV までで
す。
4
RTO = 出力換算。
2
Rev. A
- 3/13 -
AD8218
絶対最大定格
表 2.
Parameter
Rating
Maximum Input Voltage ( +IN, −IN to GND)
−0.3 V to 85 V
Differential Input Voltage (+IN to –IN)
±5 V
Human Body Model (HBM) ESD Rating
Operating Temperature Range (TOPR)
Storage Temperature Range
±2000 V
−40°C to +125°C
−65°C to +150°C
Output Short-Circuit Duration
Indefinite
Rev. A
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。
ESDの注意
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。
- 4/13 -
AD8218
+IN 1
VS 2
ENB 3
AD8218
TOP VIEW
(Not to Scale)
GND 4
8
–IN
7
REF
6
NC
5
OUT
NC = NO CONNECT.
DO NOT CONNECT TO THIS PIN.
09592-002
ピン配置およびピン機能説明
図 2.ピン配置
表 3.ピン機能の説明
ピン番号
記号
説明
1
+IN
非反転入力。
2
VS
電源ピン。標準の 0.1 μF コンデンサでバイパスします。
3
ENB
内蔵 80 mV リファレンスをイネーブルするとき GND へ接続します。
4
GND
グラウンド。
5
OUT
出力。
6
NC
このピンは未接続のままにしてください。
7
REF
リファレンス電圧入力。低インピーダンス電圧に接続します。
8
−IN
反転入力。
Rev. A
- 5/13 -
AD8218
代表的な性能特性
30
40
27
38
24
36
MAGNITUDE (dB)
21
VOSI (µV)
34
32
30
18
15
12
9
28
6
26
0
20
40
60
80
100
120
140
TEMPERATURE (°C)
0
1k
10k
100k
FREQUENCY (Hz)
1M
09592-006
–20
09592-003
24
–40
3
図 6.小信号帯域幅(VOUT = 200 mV p-p)
図 3.入力オフセットの温度特性
10
140
9
8
TOTAL OUTPUT ERROR (%)
130
120
CMRR (dB)
110
100
90
–40°C
+25°C
+125°C
80
7
6
5
4
3
2
1
0
–1
–2
70
–3
60
–5
10k
100k
1M
FREQUENCY (Hz)
0
09592-004
1000
5
10
15
20
25
30
35
DIFFERENTIAL INPUT (mV)
40
45
50
09592-007
–4
50
100
図 7.差動入力電圧対総合出力誤差
図 4.CMRR(Typ)の周波数特性
800
500
700
+IN
INPUT BIAS CURRENT (µA)
450
GAIN ERROR (ppm)
400
350
300
250
600
500
400
300
200
200
100
0
–20
0
20
40
60
TEMPERATURE (°C)
80
100
120
0
09592-005
100
–40
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V)
図 8.入力同相モード電圧対入力バイアス電流
(差動入力電圧= 5 mV) (VS = NC)
図 5.ゲイン誤差(Typ)の温度特性
Rev. A
5
- 6/13 -
09592-008
–IN
150
AD8218
500
INPUT
5mV/DIV
SUPPLY CURRENT (µA)
450
400
OUTPUT
350
100mV/DIV
300
–20
0
20
40
60
80
100
120
TEMPERATURE (°C)
1µs/DIV
図 9.電源電流の温度特性(VS = 5 V、VCM = 12 V)
09592-011
200
–40
09592-109
250
図 12.立下がり時間(差動入力= 10 mV)
INPUT
INPUT
100mV/DIV
5mV/DIV
OUTPUT
2V/DIV
1µs/DIV
5µs/DIV
図 10.立上がり時間(差動入力= 10 mV)
09592-012
100mV/DIV
09592-009
OUTPUT
図 13.立下がり時間(差動入力= 200 mV)
INPUT
INPUT
200mV/DIV
100mV/DIV
OUTPUT
2V/DIV
5µs/DIV
図 11.立上がり時間(差動入力= 200 mV)
Rev. A
図 14.差動過負荷回復(立上がり)
- 7/13 -
09592-013
5µs/DIV
09592-010
OUTPUT
2V/DIV
AD8218
9.5
MAXIMUM OUTPUT SOURCE CURRENT (mA)
INPUT
200mV/DIV
OUTPUT
09592-014
2V/DIV
8.5
8.0
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
150
TEMPERATURE (°C)
図 18.最大出力ソース電流の温度特性
図 15.差動過負荷回復(立下がり)
5.010
REFERENCE RTO (mV)
81.5
81.0
80.5
80.0
79.5
0
20
40
60
80
TEMPERATURE (°C)
100
120
4.990
4.980
4.970
4.960
4.950
4.940
4.930
4.920
4.910
4.900
09592-116
–20
5.000
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
OUTPUT SOURCE CURRENT (mA)
図 16.内蔵リファレンス電圧の温度特性
(VS = 5 V、VS = NC、VCM = 12 V、ピン 1 (+IN)とピン 8 (−IN)を
短絡、ピン 3 (ENB)とピン 4 (GND)を短絡)
09592-017
OUTPUT VOLTAGE SWING FROM RAIL (V)
82.0
79.0
–40
09592-016
140
130
110
120
90
100
80
70
60
50
40
30
20
0
10
–10
–20
–30
4.0
–40
5µs/DIV
9.0
図 19.出力ソース電流対電源レールからの出力電圧変化
OUTPUT VOLTAGE RANGE FROM GND (V)
250
11.5
11.0
10.5
10.0
9.5
9.0
8.5
8.0
7.5
7.0
6.5
150
100
50
6.0
0
5.5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
TEMPERATURE (°C)
09592-015
0
5.0
–40 –30 –20 –10
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
OUTPUT SINK CURRENT (mA)
4.0
4.5
5.0
図 20.出力シンク電流対 GND 基準の出力電圧範囲
図 17.最大出力シンク電流の温度特性
Rev. A
200
- 8/13 -
09592-018
MAXIMUM OUTPUT SINK CURRENT (mA)
12.0
AD8218
500
INPUT
400
COUNT
50V/DIV
OUTPUT
300
200
1V/DIV
500ns/DIV
0
–4
09592-022
09592-019
100
–3
–2
–1
0
2
1
3
4
GAIN DRIFT (ppm/°C)
図 21.同相モード・ステップ応答(立上がり)
図 24.ゲイン・ドリフトの分布
140
INPUT
120
50V/DIV
100
COUNT
OUTPUT
1V/DIV
80
60
40
1µs/DIV
0
–0.6
09592-023
09592-020
20
–0.2
–0.4
0
0.4
0.2
0.6
OFFSET DRIFT (µV/°C)
図 22.同相モード・ステップ応答(立下がり)
図 25.入力オフセット・ドリフトの分布
180
250
150
200
COUNT
COUNT
120
90
150
100
60
09592-021
0
–200
–100
0
100
0
200
–5
VOSI (µV)
0
5
10
INTERNAL REF OFFSET DRIFT (µV/°C)
図 23.入力オフセットの分布
Rev. A
09592-024
50
30
図 26.内蔵 REF オフセット・ドリフトの分布
出力換算(RTO)
- 9/13 -
15
AD8218
動作原理
AD8218 は、ディファレンス・アンプとして使用しています。
伝達関数は次式で表されます。
アンプ・コア
一般的なアプリケーションでは、AD8218 はシャント抵抗を流れ
る負荷電流により発生する小さな差動入力電圧を増幅します。
AD8218 は高い同相モード電圧(最大 80 V)を除去して、グラウン
ド基準のバッファされた出力を提供します。図 27 に、AD8218
の簡略化した回路図を示します。
5V
ILOAD
VS
ICHARGE
AD8218 は入力差動信号を正確に増幅し、4 V~80 V の範囲の高
電圧同相モードを除去します。
メイン・アンプでは、新しいゼロ・ドリフト・アーキテクチャを
採用して、温度安定性のブレークスルーを提供します。オフセ
ット・ドリフトは±100 nV/°C (typ)以下であり、これにより最適
な精度とダイナミックレンジが実現されています。
R1
V2
OUT
SHUNT +IN
V1
4V
TO
80V
R2
LDO
R3
ENB
出力のクランピング
REF
GND
VREF
図 27.簡略化した回路図
Rev. A
09592-027
LOAD
抵抗 R4 と R1 は 0.01%以内で一致し、値はそれぞれ 1.5 MΩ と
75 kΩ です。これは、AD8218 の入力から出力までの全ゲインが
20 V/V であることを意味します。V1 と V2 との電位差はシャン
ト抵抗両端の電圧(VIN)になります。このため、AD8218 の入力
と出力の間の伝達関数は、
OUT (V) = (20 × VIN) + VREF
GND
R4
AD8218
–IN
CF
OUT = ((R4/R1) × (V1 − V2)) + VREF
アプリケーション内で入力同相モード電圧が 5.2 V を超えると、
AD8218 の内蔵 LDO 出力も最大値 5.2 V に到達するため、これ
が AD8218 の最大出力範囲になります。一般的なアプリケーシ
ョンでは、AD8218 出力はコンバータにインターフェースされ
ますが、AD8218 出力電圧が 5.2 V にクランプされるため、ADC
入力は過電圧により損傷を受けることはありません。
- 10/13 -
AD8218
アプリケーション・ノート
イネーブル・ピン(ENB)の動作
電源(VS)接続
AD8218 はLDOを内蔵しているため、VSピンを未接続のままに
して、別電源をピン 1 (+IN)に接続してデバイスへ電源を直接供
給することができます。ただし、この電圧は 4 V~80 Vの範囲
である必要があります。この構成でのデバイスの代表的な接続
を 図 28 に示します。
ILOAD
BATTERY
ICHARGE
4V
TO
80V
SHUNT
LOAD
+IN
–IN
VS
REF
09592-028
ICHARGE
ILOAD
SHUNT
VS
REF
OUT
図 30.内蔵 80 mV リファレンス電圧のイネーブル
この構成では、内蔵 80 mV リファレンス電圧がアクティブにな
り、差動入力電圧が 0 V でかつピン 7 (REF)の電圧が 0 V のとき、
AD8218 出力が 80 mV になります。この内蔵リファレンスは、被
モニタ電流の範囲が広い単方向電流測定で便利です。出力スター
ト・ポイントを 80 mV に設定することは、シャント抵抗を流れ
る負荷電流が 0 A のとき、出力が 80 mV になることを意味しま
す。これにより、初期オフセットとアンプの出力サチレーショ
ン範囲から発生する出力誤差が解消されます。このモードでは、
AD8218 の伝達関数は次式で表されます。
OUT (V) = OUT (V) = (20 × VIN) + 0.08 V
LOAD
+IN
–IN
VS
REF
AD8218
ピン 3 をグラウンドに接続して、内蔵リファレンス電圧をイネ
ーブルする場合は、AD8218 の伝達関数に常に 80 mV を加算す
る必要があります。
2.5V
OUT
ENB
09592-029
GND
図 29.5 V 電源による動作
Rev. A
–IN
OUT
別の低インピーダンス電源をピン 2 (VS)に接続してAD8218 の電
源を供給することができますが、この電圧範囲は 4 V~5.5 Vで
ある必要があります。高電圧バスがノイズ、過渡電圧、または
高電圧変動に対して弱く、かつ 5 V電源が使用可能な場合は、
AD8218 を 図 29 に示すモードで使用することができます。
5V
LOAD
+IN
GND
図 28.VS 未接続のままでの動作
CF
SHUNT
ENB
2.5V
GND
4V
TO
80V
4V
TO
80V
AD8218
AD8218
ENB
BATTERY
ILOAD
09592-030
BATTERY
AD8218 には、ピン 3 (ENB)とグラウンドを接続してイネーブル
できるリファレンス電圧が内蔵されています。この動作モード
を 図 30 に示します。
- 11/13 -
AD8218
アプリケーション情報
単方向ハイサイド電流検出
R1
–IN
V2
OUT
SHUNT +IN
LOAD
V1
R2
BATTERY
(4V TO 80V)
ENB
VS
ILOAD
R1
V2
R2
ENB
LDO
R3
2.5 Vのリファレンス電圧入力を使う双方向動作の出力伝達関数
カーブを 図 34 に示します。
REF
GND
5.0
09592-031
V1
BATTERY
(4V TO 80V)
図 33.2.5 V のリファレンス電圧入力を使用する双方向動作
OUT
SHUNT +IN
LOAD
GND
2.5V
09592-033
–IN
R3
LDO
REF
R4
AD8218
R4
AD8218
単方向ハイ・サイド電流検出構成では、シャント抵抗の基準を
バッテリにします(図 31 参照)。高電圧が電流検出アンプに入力
されます。シャントがバッテリを基準とする場合、AD8218 はリ
ニアなグラウンド基準のアナログ出力を発生します。AD8218 電
源ピン(VS)は 5 V電源に接続するか、または未接続のままにする
ことができます(電源(VS)接続のセクション参照)。
4.5
4.0
OUTPUT VOLTAGE (V)
図 31. ENB と GND を接続した単方向動作
ENBとGNDを接続した、単方向動作の出力伝達関数のカーブを
図 32 に示します。
320
280
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
240
0.5
0
–0.15
160
–0.10
–0.05
0
0.05
0.10
0.15
INPUT VOLTAGE (V)
120
09592-034
200
図 34.2.5 V のリファレンス電圧入力を使用した場合の伝達関数
80
モーター・コントロールでの電流検出
40
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
INPUT VOLTAGE (mV)
AD8218 は、モーター・コントロール・アプリケーションでの
ハイサイド電流検出に対して実用的で正確なソリューションを
提供します。バッテリをシャント抵抗の基準とし、かつ電流が
双方向に流れる場合(図 35 参照)、AD8218 は電源ピンの追加な
しで電流をモニタすることができます。
09592-032
0
図 32.ENB と GND を接続したときの出力伝達関数
BATTERY
双方向ハイサイド電流検出
ピン 7 (REF)に電圧を入力すると、AD8218 出力にオフセットを与
えて双方向電流検出が可能になります。REFピンから出力までの
伝達関数は 1 V/Vになります。例えば、2.5 VのREF入力では、
AD8218 出力が 2.5 Vにオフセットされます。代表的な接続を 図
33 に示します。ピン 7 (REF)に加える電圧は、低インピーダン
ス・ソースである必要があります。
IMOTOR
+IN
–IN
VS
REF
AD8218
MOTOR
VREF
OUT
ENB
GND
09592-035
OUTPUT VOLTAGE (mV)
VS
ILOAD
図 35.モーター・コントロールでのハイサイド電流検出
Rev. A
- 12/13 -
AD8218
外形寸法
3.20
3.00
2.80
8
3.20
3.00
2.80
1
5
5.15
4.90
4.65
4
PIN 1
IDENTIFIER
0.65 BSC
0.95
0.85
0.75
15° MAX
1.10 MAX
0.40
0.25
6°
0°
0.23
0.09
0.80
0.55
0.40
COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-AA
10-07-2009-B
0.15
0.05
COPLANARITY
0.10
図 36.8 ピン・ミニ・スモール・アウトライン・パッケージ[MSOP]
(RM-8)
寸法: mm
オーダー・ガイド
Model1
Temperature Range
Package Description
Package Option
Branding
AD8218BRMZ
AD8218BRMZ-RL
−40°C to +125°C
−40°C to +125°C
8-Lead Mini Small Outline Package [MSOP]
8-Lead Mini Small Outline Package [MSOP]
RM-8
RM-8
Y3K
Y3K
1
Z = RoHS 準拠製品
Rev. A
- 13/13 -