低歪みの低消費高速オペアンプデザインノート 148 George Feliz 表1. LT1351/LT1352/LT1353の主な性能上の特長はじめに LT®1351/LT1352/LT1353低消費電力オペアンプ・ファミリは、200V/µsのスルーレートと1アンプ当たり250µA の低消費電流を特徴としています。入力ステージと出力ステージはどちらも優れた直線性が得られるように最適化されており、最小の消費電流で卓越した性能を達成します。このアンプは、L T 1 3 5 1 シングル・アンプ用の超小型 MSOPパッケージなど、各種パッケージでシングル、デュアル、およびクワッド・バージョンが供給されます。主な仕様の概要を表1に示します。電源範囲 ±2.5V∼±15V 電源電流（1アンプ当たり） 250µA シャットダウン電流（LT1351） 10µA スルーレート（±15V電源）（±5V電源） 200V/µs 50V/µs 利得帯域幅 3MHz C-LoadTMアンプ安定あらゆる容量性負荷最大入力オフセット電圧 600µV データ収集システムのバッファリング最大入力バイアス電流 50nA LT1351をバッファとして使用する低消費電力データ収集システムを図1に示します。LTC ® 1274は、12ビット、 2mA、100ksps、±2.048Vフルスケール入力ADCです。ピン1の入力は、45pFのサンプリング・コンデンサに接続された200 Ωスイッチとしてモデル化することができます。このような軽い負荷はLT1351にとって問題にはならず、最大40kHzのフルスケール、12ビット高精度信号を通最小DC利得、RL＝2k 30V/mV ––– 14nV/ √Hz 5V + 0.01µF 7 0.1µF 4 – 5 0.01µF 10µF Q1 2N3906 1 2 – 5V 3 4 10k 5 6 10k – 5V 7 8 9 10 11 12 、LTC、LTはリニアテクノロジー社の登録商標です。 C-Loadはリニアテクノロジー社の商標です。 – 5V 10µF 10µF 0.1µF 0.1µF LTC1274 AIN VCC VREF VSS AGND BUSY D11 (MSB) CS D10 RD D9 CONVST D8 SLEEP D7 REFRDY D6 D0 D5 D1 D4 D2 DGND D3 24 23 22 21 20 19 18* PROCESSOR I/O COMMAND LINES 17 16 15 14 *SLEEP SHUTS DOWN CIRCUIT TO 19µA 13 DN148 F01 DATA BITS D0 TO D11 図1. LTC1274 100ksps ADC用バッファとしてのLT1351 02/97/148 LT1351 LT1351、LT1352 LT1353 6 LT1351 2 パッケージ：8ピンMSOP 8ピンSO、PDIP 14ピンSO TOTAL HARMONIC DISTORTION + NOISE (%) ANALOG 3 INPUT 5V 入力ノイズ電圧 0.1 0.01 0.001 0.1 1 10 FREQUENCY (kHz) 50 DN148 F02 図2. LT1351 AV＝1、±5V電源、 VOUT＝4VP-P、RL＝10k 過させます。図2に、±5V電源、10kΩで4VP-Pをドライブするユニティゲイン・バッファとして構成されたLT1351 の全高調波歪み＋ノイズを示します。バッファは4Vステップに対し1mV以下まで1.5µs以内に安定するので、2µs以内でのデータ収集が保証されます。さらに、この回路は LT1351のシャットダウン機能を利用して、ピン18を “L” にしたときに全電源電流を19µAに低減します。ピン17は内部ADC電圧リファレンスが有効であることを通知します。このピンが“H ”のとき、アンプは変換可能な状態です。トランジスタQ1は、ピン17がLT1351のシャットダウン・ピンを制御できるようにレベル・シフトを提供します。トランジスタQ1は、ピン5がVEEになると（ピン17が “L” ）ターンオフし、ピン5がVEEより2V以上高くなると（ピン17が“H”）ターンオンします。 2個のオペアンプを用いた計装アンプ図5に示す2個のオペアンプで構成される計装アンプは、 102の利得と30kHzの帯域幅を持っています。この回路は反転と加算の組合せを使用して、2つの入力で同相成分をキャンセルします。微分利得は、他方の入力を接地し、各入力からの利得を計算しその利得を加えることによって分析できます。図6は各種出力レベルの全高調波歪み＋ノイズのプロットです。この構成のノイズは、出力に80kHz測定用フィルタを使用した場合、370µVRMSと低い値になります。2.5VP-P（884mVRMS）以下の出力レベルでは、ノイズが性能の制限要因になります。このような優れたノイズ性能と帯域幅を兼ね備えたアンプは、この電力レベルでは他にありません。フィルタ大信号の場合、 LT1352アンプはスルーレートが高いので、わずかな電源電流でも信号を歪みなしで通過させます。図3に示す 20kHz、 4次バターワース・フィルタがこの大信号性能の一例です。この構成は標準テキストブック・フィルタですが、図4の大信号歪みは20VP-P信号がパスバンド全域でTHDが0.02%以下のままであることを示します。この回路が500µAの消費電流しか流さないことを考えると、この測定値は並外れています。 4.64k 5.49k 470pF R1 50k R2 5k – 1/2 LT1352 – VIN 2200pF 1/2 LT1352 5.49k + 11.3k 1/2 LT1352 1/2 LT1352 VOUT + GAIN = [R4/R3][1 + (1/2)(R2/R1 + R3/R4) + (R2 + R3)/R5] = 102 TRIM R5 FOR GAIN TRIM R1 FOR COMMON MODE REJECTION BW = 30kHz DN148 F05 図5. 計装アンプ VOUT + DN148 F03 図3. 20kHz、4次バターワース・フィルタ TOTAL HARMONIC DISTORTION + NOISE (%) – + – 4700pF R3 5k VIN TOTAL HARMONIC DISTORTION + NOISE (%) 13.3k R4 50k + – 220pF 4.64k R5 1.1k 0.1 0.01 1 0.1 1.25VP-P 2.5VP-P 5VP-P 0.01 10VP-P 20VP-P 0.001 0.02 0.1 1 FREQUENCY (kHz) 10 20 DN148 F06 図6. LT1352 2アンプ、AV＝100、計装アンプ、各種出力レベル 0.001 0.0001 まとめ 0.1 1 FREQUENCY (kHz) 10 20 DN148 F04 図4. LT1352、20kHz 4次バターワース・フィルタ、±15V電源、20VP-P信号要約すると、LT1351/LT1352/LT1353アンプ・ファミリは、低歪み、低ノイズ・アプリケーションに対して、低消費電力ソリューションを提供します。消費電流は1アンプ当たりわずか250µAですが、卓越した大信号性能を達成しています。お問い合わせは当社または下記代理店まで（50 音順）東京エレクトロンデバイス株式会社株式会社トーメンエレクトロニクス株式会社マクニカ〒 224-0045 横浜市都築区東方町 1 TEL(045)474-5114 FAX(045)474-5617 〒 108-8510 東京都港区港南 1-8-27 TEL(03)5462-9615 FAX(03)5462-9695 〒 226-8505 横浜市緑区白山 1-22-2 TEL(045)939-6104 FAX(045)939-6105 リニアテクノロジー株式会社 162-0814 東京都新宿区新小川町 1-14 NAO ビル 5F TEL(03)3267-7891 FAX(03)3267-8510 http://www.linear-tech.co.jp dn148f 0799 5K • PRINTED IN JAPAN  LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 1997