低価格、低電圧ビット adc用差動ドライバ...仕様表1.v s＝±5v、v...

AD8137

REV. A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

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低価格、低電圧12ビットADC用差動ドライバ

特長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

アプリケーション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

機能ブロック図

図1

図2. さまざまなゲインでの小信号応答性

VRG = 1kΩ

O, dm = 0.1V p-p

3

2

1

0

–12–11

–10

–9

–8

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0.1 1 10 100 1000

0477

1-0-

002

G = 5

G = 10

G = 1

G = 2正規化されたクローズド・ループ・ゲイン（dB）

周波数（MHz）

0477

1-0-

001

–IN 1

VOCM 2

VS+ 3

+OUT 4

+IN8

PD7

VS–6

–OUT5

AD8137

概要レール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。

AD8137は、アナログ・デバイセズ独自の第2世代XFCBプロセ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。

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。

AD8137

仕様 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3絶対最大定格 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6熱抵抗値. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6ESD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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18RF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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1812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

REVISION HISTORY

8/04—Data Sheet Changed from a Rev. 0 to Rev. A.Added 8-Lead LFCSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . UniversalChanges to Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . UniversalChanges to Product Title . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Changes to Figure 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Changes to Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Changes to Absolute Maximum Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Changes to Figure 4 and Figure 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Added Figure 6, Figure 20, Figure 23, Figure 35, Figure 48, and Figure 58; Renumbered Successive Figures . . . . . . . . . . . . 7Changes to Figure 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Changes to Figure 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Changes to Figure 55 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Changes to Table 7 and Figure 63 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Changes to Equation 19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Changes to Figure 64 and Figure 65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Changes to Figure 66 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Added Driving an ADC with Greater Than 12-BitPerformance Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Changes to Ordering Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Updated Outline Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5/04—Revision 0: Initial Version

目次

― 2 ― REV. A

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 単位

差動入力性能

動的性能－3dB小信号帯域幅 VO, dm＝0.1V p-p 64 76 MHz－3dB大信号帯域幅 VO, dm＝2V p-p 79 110 MHzスルーレート VO, dm＝2Vステップ 450 V/µsセトリング時間（0.02％に対して） VO, dm＝3.5Vステップ 100 nsオーバードライブ復帰時間 G＝2、VI、dm＝12V p-p三角波 85 ns

ノイズ／高調波性能SFDR VO, dm＝2V p-p、fC＝500kHz 90 dB

VO, dm＝2V p-p、fC＝2MHz 76 dB入力電圧ノイズ f＝50kHz～1MHz 8.25 nV/入力電流ノイズ f＝50kHz～1MHz 1 pA/

DC性能入力オフセット電圧 VIP＝VIN＝VOCM＝0V －2.6 ±0.7 ＋2.6 mV入力オフセット電圧ドリフト TMIN～TMAX 3 µV/入力バイアス電流 TMIN～TMAX 0.5 1 µA入力オフセット電流 0.1 0.45 µAオープン・ループ・ゲイン 91 dB

入力特性入力同相電圧範囲－4 ＋4 V入力抵抗値差動 800 kΩ

同相 400 kΩ入力容量同相 1.8 pFCMRR ∆VICM＝±1V 66 79 dB

出力特性出力電圧振幅各シングルエンド出力、 VS–＋0.55 VS+－0.55 V

RL, dm＝1kΩ出力電流 20 mA出力平衡誤差 f＝1MHz －64 dB

VOCM～VO, cmの電圧性能

VOCMの動的性能－3dB帯域幅 VO, cm＝0.1V p-p 58 MHzスルーレート VO, cm＝0.5V p-p 63 V/µsゲイン 0.992 1.000 1.008 V/V

VOCMの入力特性入力電圧範囲－4 4 V入力抵抗値 35 kΩ入力オフセット電圧－28 ±11 ＋28 mV入力電圧ノイズ f＝100kHz～1MHz 18 nV/入力バイアス電流 0.3 1.1 µACMRR ∆VO, dm/∆VOCM、∆VOCM＝±0.5V 62 75 dB

電源

動作電圧範囲＋2.7 ±6 V無負荷時電源電流 3.2 3.6 mA無負荷時電源電流、ディスエーブル時パワーダウン＝ローレベル 750 900 µAPSRR ∆VS＝±1V 79 91 dB

PD___ピンスレッショールド電圧 VS–＋0.7 VS–＋1.7 V入力電流パワーダウン＝ハイレベル／ローレベル 150/210 170/240 µA

動作温度範囲－40 ＋125

Hz

HzHz

AD8137

REV. A ― 3 ―

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）


差動入力性能

動的性能－3dB小信号帯域幅 VO, dm＝0.1V p-p 63 75 MHz－3dB大信号帯域幅 VO, dm＝2V p-p 76 107 MHzスルーレート VO, dm＝2Vステップ 375 V/µsセトリング時間（0.02％に対して） VO, dm＝3.5Vステップ 110 nsオーバードライブ復帰時間 G＝2、VI, dm＝7V p-p三角波 90 ns



DC性能入力オフセット電圧 VIP＝VIN＝VOCM＝0V －2.7 ±0.7 ＋2.7 mV入力オフセット電圧ドリフト TMIN～TMAX 3 µV/入力バイアス電流 TMIN～TMAX 0.5 0.9 µA入力オフセット電流 0.1 0.45 µAオープン・ループ・ゲイン 89 dB

入力特性入力同相電圧範囲 1 4 V入力抵抗値差動 800 kΩ

同相 400 kΩ入力容量同相 1.8 pFCMRR ∆VICM＝±1V 64 90 dB





VOCMの入力特性入力電圧範囲 1 4 V入力抵抗値 35 kΩ入力オフセット電圧－25 ±7.5 ＋25 mV入力電圧ノイズ f＝100kHz～5MHz 18 nV/入力バイアス電流 0.25 0.9 µACMRR ∆VO, dm/∆VOCM、∆VOCM＝±0.5V 62 75 dB

電源動作電圧範囲＋2.7 ±6 V無負荷時電源電流 2.6 2.8 mA無負荷時電源電流、ディスエーブル時パワーダウン＝ローレベル 450 600 µAPSRR ∆VS＝±1V 79 91 dB



Hz

HzHz

― 4 ― REV. A

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）


差動入力性能

動的性能－3dB小信号帯域幅 VO, dm＝0.1V p-p 61 73 MHz－3dB大信号帯域幅 VO, dm＝2V p-p 62 93 MHzスルーレート VO, dm＝2Vステップ 340 V/µsセトリング時間（0.02％に対して） VO, dm＝3.5Vステップ 110 nsオーバードライブ復帰時間 G＝2、VI, dm＝5V p-p三角波 100 ns



DC性能入力オフセット電圧 VIP＝VIN＝VOCM＝0V －2.75 ±0.7 ＋2.75 mV入力オフセット電圧ドリフト TMIN～TMAX 3 µV/入力バイアス電流 TMIN～TMAX 0.5 0.9 µA入力オフセット電流 0.1 0.4 µAオープン・ループ・ゲイン 87 dB

入力特性入力同相電圧範囲 1 2 V入力抵抗値差動 800 MΩ

同相 400 MΩ入力容量同相 1.8 pFCMRR ∆VICM＝±1V 64 80 dB





VOCMの入力特性入力電圧範囲 1.0 2.0 V入力抵抗値 35 kΩ入力オフセット電圧－25 ±5.5 ＋25 mV入力電圧ノイズ f＝100kHz～5MHz 18 nV/入力バイアス電流 0.3 0.7 µACMRR ∆VO, dm/∆VOCM、∆VOCM＝±0.5V 62 74 dB

電源動作電圧範囲＋2.7 ±6 V無負荷時電源電流 2.3 2.5 mA無負荷時電源電流、ディスエーブル時パワーダウン＝ローレベル 345 460 µAPSRR ∆VS＝±1V 78 90 dB



Hz

HzHz

AD8137

REV. A ― 5 ―

AD8137

絶対最大定格表4

パラメータ定格値

電源電圧 12VVOCM VS+～VS–

消費電力図3を参照入力同相電圧 VS+～VS–

保存温度－65～＋125動作温度範囲－40～＋125リード温度範囲 300（ハンダ付け、10秒）ジャンクション温度 150

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。

熱抵抗値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。

表5. 熱抵抗値

パッケージのタイプ θJA θJC 単位

SOIC-8/2層 157 56 /WSOIC-8/4層 125 56 /WLFCSP/4層 70 56 /W

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。

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。

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。

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（θJA＝70/W）を実装した場合で、θJAは概算値です。

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

–40 –20 –10–30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110120

3.0

1.0

1.5

0.5

2.0

2.5

0

SOIC-8

LFCSP

0477

1-0-

022

最大消費電力（W）

周囲温度（）

― 6 ― REV. A

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。

ピン配置とピン機能の説明

図4. ピン配置

表6. 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– 負の電源電圧

7 PD___

パワーダウン

8 +IN 非反転入力

0477

1-0-

001

–IN 1

VOCM 2

VS+ 3

+OUT 4

+IN8

PD7

VS–6

–OUT5

AD8137

AD8137

REV. A ― 7 ―

図5. 基本的なテスト回路

図6. 容量性負荷のテスト回路（G＝1）

AD8137

+

–

52.3Ω

52.3Ω

RL, dm VO, dm

+

–

RF = 1kΩ

RF = 1kΩ

RS

RS

VTEST

50Ω

50Ω

0477

1-0-

062

CL, dm

RG = 1kΩ

RG = 1kΩ

VOCM電源中央値

テスト信号源

AD8137

+

–

52.3Ω

52.3Ω

RL, dm 1kΩ VO, dm

+

–

VOCM

RF

CF

RF

VTEST

50Ω

50Ω

0477

1-0-

023

RG = 1kΩ

RG = 1kΩ CF

電源中央値

テスト信号源

AD8137

― 8 ― REV. A

RG = 1kΩVO, dm = 0.1V p-p

3

2

1

0

–12–11

–10

–9

–8

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0.1 1 10 100 1000

0477

1-0-

002

G = 5

G = 10

G = 1

G = 2

正規化されたクローズド・ループ・ゲイン（dB）

周波数（MHz）

3

2

1

0

–12–11

–10

–9

–8

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0.1 1 10 100 1000

0477

1-0-

004

G = 10

G = 1

G = 2G = 5

RG = 1kΩVO, dm = 2.0V p-p

正規化されたクローズド・ループ・ゲイン（dB）

周波数（MHz）

図7. さまざまなゲインでの小信号周波数応答性図10. さまざまなゲインでの大信号周波数応答性

–121 10 100 1000

0477

1-0-

003

VO, dm = 0.1V p-p

VS =±5

VS = +5 VS = +33

2

1

0

–11

–10

–9

–8

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

クローズド・ループ・ゲイン（dB）

周波数（MHz）

4

3

2

1

0

–11–10

–9

–8

–7–6

–5

–4

–3

–2

–1

1 10 100 100004

771-

0-00

5

VO, dm = 2.0V p-p

VS = ±5

VS = +5VS = +3


周波数（MHz）

図8. さまざまな電源での小信号周波数応答性図11. さまざまな電源での大信号周波数応答性

3

2

1

0

–12

–11

–10

–9

–8

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

1 10 100 1000

0477

1-0-

006

VO, dm = 0.1V p-p

T = –40°C

T = +125°C

T = +85°C

T = +25°C


周波数（MHz）

4

3

2

1

–11

–10

–9

–8

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0

1 10 100 1000

0477

1-0-

007

T = +85°C

T = +125°C

T = –40°C

T = +25°C

VO, dm = 2.0V p-p


周波数（MHz）

図9. さまざまな温度での小信号周波数応答性図12. さまざまな温度での大信号周波数応答性

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。

AD8137

REV. A ― 9 ―

3

2

1

0

–1

–3

–4

–2

–5

–6

–7

–8

–10

–11

–9

–121 10 100 1000

0477

1-0-

041

VO, dm = 0.1V p-p

RL, dm = 2kΩ

RL, dm = 1kΩ RL, dm = 500Ω


周波数（MHz）

3

2

1

0

–1

–3

–4

–2

–5

–6

–7

–8

–10

–11

–9

–121 10 100 1000

0477

1-0-

043

VO, dm = 2V p-p

RL, dm = 2kΩ

RL, dm = 1kΩ

RL, dm = 500Ω


周波数（MHz）

図13. さまざまな負荷での小信号周波数応答性図16. さまざまな負荷での大信号周波数応答性

1 10 100 1000

VO, dm = 0.1V p-p

3

2

1

0

–12–11

–10

–9

–8

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0477

1-0-

008

CF = 2pF

CF = 1pF

CF = 0pF


周波数（MHz）

1 10 100 1000

VO, dm = 2.0V p-p

3

2

1

0

–12–11

–10

–9

–8

–7

–6

–5

–4

–3

–2

–1

0477

1-0-

009

CF = 2pF

CF = 1pF

CF = 0pFクローズド・ループ・ゲイン（dB）

周波数（MHz）

図14. さまざまなCFでの小信号周波数応答性図17. さまざまなCFでの大信号周波数応答性

2

1

0

–1

–2

–4

–5

–3

–6

–7

–8

–9

–11

–12

–10

–131 10 100 1000

0477

1-0-

042

VO, dm = 0.1V p-p

VOCM = 1V

VOCM = 4V VOCM = 2.5V


周波数（MHz）

3

2

1

0

–1

–3

–4

–2

–5

–6

–7

–8

–10

–11

–9

–121 10 100 1000

0477

1-0-

044

2V p-p

0.2V p-p

0.5V p-p

0.1V p-p1V p-p


周波数（MHz）

図15. さまざまなVOCMでの小信号周波数応答性図18. さまざまな出力振幅に対する周波数応答性

AD8137

― 10 ― REV. A

4

3

2

1

–3

–2

–1

0

–7

–6

–5

–4

–11–10

–9

–8

1 10 100 1000

0477

1-0-

037G= 1

VS = ±5VVO, dm = 0.1V p-p

RF = 500Ω

RF = 2kΩ

RF = 1kΩ


周波数（MHz）

4

3

2

1

–3

–2

–1

0

–7

–6

–5

–4

–11–10

–9

–8

1 10 100 1000

0477

1-0-

036

G = 1VO, dm = 2V p-p

RF = 500ΩRF = 2kΩ

RF = 1kΩ


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

–50

–60

–65

–70

–55

–75

–80

–85

–90

–95

–1000.25 1.25 2.25 3.25 4.25 5.25 7.25 8.256.25 9.25

0477

1-0-

027

FC = 500kHz2次高調波歪み：実線3次高調波歪み：点線

VS = +5V

VS = +5V

VS = +3V

VS = +3V

歪み（dBc）

V0, dm（V p-p）

–40

–70

–60

–50

–80

–90

–100

–1100.1 1 10

0477

1-0-

063

VS = ±5V

VS = +5V

VS = +3V


歪み（dBc）

周波数（MHz）

図21. 出力振幅および電源対高調波歪み（FC＝500kHz）

–65

–70

–80

–75

–85

–90

–95

–100

–1050.1 1 10

0477

1-0-

045

VS = ±5V

VS = +5V

VS = +3V


歪み（dBc）

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

–60

–65

–70

–55

–75

–80

–85

–90

–95

–1000.25 1.25 2.25 3.25 4.25 5.25 7.25 8.256.25 9.25

0477

1-0-

026

VS = +5V

VS = +5V

VS = +3V

VS = +3V

FC = 2MHz2次高調波歪み：実線3次高調波歪み：点線

歪み（dBc）

VO、dm（V p-p）

図24. 出力振幅および電源対高調波歪み（FC＝2MHz）

AD8137

REV. A ― 11 ―

–40

–50

–60

–70

–80

–90

–100

–1100.1 1 10

0477

1-0-

034

G = 2

G = 5

G = 1

VO, dm = 2V p-pRG = 1kΩ

歪み（dBc）

周波数（MHz）

–40

–50

–60

–70

–80

–90

–100

–1100.1 1 10

0477

1-0-

035

VO, dm = 2V p-pRG = 1kΩ

G = 5

G = 1

G = 2

歪み（dBc）

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. さまざまなゲインでの3次高調波歪み

–40

–50

–60

–70

–80

–90

–100

–1100.1 1 10

0477

1-0-

030

VO, dm = 2V p-pG = 1

RF = 500Ω

RF = 2kΩ

RF = 1kΩ

歪み（dBc）

周波数（MHz）

–40

–50

–60

–70

–80

–90

–100

–1100.1 1 10

0477

1-0-

031

VO, dm = 2V p-pG = 1

RF = 500Ω

RF = 2kΩRF = 1kΩ

歪み（dBc）

周波数（MHz）

図27. さまざまなRFでの2次高調波歪み図30. さまざまなRFでの3次高調波歪み

–40

–50

–60

–70

–80

–90

–100

–1100.1 1 10

0477

1-0-

032

VO, dm = 2V p-p

RL, dm = 200Ω

RL, dm = 1kΩ

RL, dm = 500Ω

歪み（dBc）

周波数（MHz）

–40

–50

–60

–70

–80

–90

–100

–1100.1 1 10

0477

1-0-

033

VO, dm = 2V p-p

RL, dm = 200Ω

RL, dm = 1kΩ

RL, dm = 500Ω

歪み（dBc）

周波数（MHz）

図25. さまざまな負荷での2次高調波歪み図28. さまざまな負荷での3次高調波歪み

AD8137

― 12 ― REV. A

–50

–60

–80

–70

–100

–90

–1100.5 1.0 1.5 2.52.0 3.5 4.03.0 4.5

0477

1-0-

028

FC = 500kHzVO, dm = 2V p-p2次高調波歪み：実線3次高調波歪み：点線

歪み（dBc）

VOCM（V）

–50

–60

–70

–80

–90

–100

–1100.5 0.7 0.9 1.31.1 1.5 1.7 2.32.11.9 2.5

0477

1-0-

029

FC = 500kHzVO, dm = 2V p-p2次高調波歪み：実線3次高調波歪み：点線

歪み（dBc）

VOCM（V）

図31. VOCM 対高調波歪み（VS＝＋5V）図34. VOCM 対高調波歪み（VS＝＋3V）

100

10

110 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M

0477

1-0-

046

入力電圧ノイズ（nV/ Hz）

周波数（Hz）

1000

100

10

110 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M

0477

1-0-

047

VOCMノイズ（nV/ Hz）

周波数（Hz）

図32. 入力電圧ノイズの周波数特性図35. VOCM電圧ノイズの周波数特性

20

–20

–10

0

10

–50

–30

–40

–70

–60

–801 10 100

0477

1-0-

013

VIN, cm = 0.2V p-p入力CMRR = ∆VO, cm/∆VIN, cm

CMRR（dB）

周波数（MHz）

図33. CMRRの周波数特性

–10

–30

–20

–50

–40

–70

–60

–801 10 100

0477

1-0-

012

VO, cm = 0.2V p-pVOCM CMRR = ∆VO, dm/∆VOCM

VOCMCMRR（dB）

周波数（MHz）

図36. VOCM CMRRの周波数特性

AD8137

REV. A ― 13 ―

8

2

4

6

0

–4

–2

–6

–8 0477

1-0-

016

250ns/DIV

入力×2

出力

G = 2

電圧（V）

時間（ns）

図37. オーバードライブ復帰特性

2.0

–2.0

–1.5

–1.0

–0.5

0

0.5

1.5

1.0

0477

1-0-

040

CF = 0pFVO, dm = 3.5V p-p

誤差 = VO, dm －入力

TSETTLE = 110ns

50ns/DIV

VO, dm

入力

振幅（V）

誤差（V）1DV＝0.02％

時間（ns）

図40. セトリング時間（0.02％）

100

50

25

75

0

–25

–50

–75

–100 0477

1-0-

015

10ns/DIVVO, dm = 100mV p-p

CF = 0pF CF = 1pF

VO、dm（mV）

時間（ns）

2V p-p

1V p-p

1.5

1.0

–0.5

0

0.5

–1.0

–1.5 0477

1-0-

014

CF = 0pF

CF = 1pFCF = 0pF

CF = 1pF

20ns/DIV

VO、dm（mV）

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

50

25

75

0

–50

–25

–75

–100 0477

1-0-

039

20ns/DIV

RS = 111, CL = 5pF

RS = 60.4, CL = 15pF

VO、dm（mV）

時間（ns）

1.5

0.5

1.0

0

–0.5

–1.0

–1.5 0477

1-0-

038

20ns/DIV

RS = 111, CL = 5pF

RS = 60.4, CL = 15pF

VO、dm（mV）

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

AD8137

― 14 ― REV. A

1 10 100 1000

VO, dm = 0.1V p-p

1

0

–1

–2

–14–13

–12

–11

–10

–9

–8

–7

–6

–5

–4

–3

0477

1-0-

010

VS = +3

VS = +5 VS = ±5


周波数（MHz）

図44. さまざまな電源でのVOCMの小信号周波数応答性

–5

–25

–35

–15

–45

–65

–55

–85

–75

0.1 1 10 100

0477

1-0-

011

PSRR = ∆VO, dm/∆VS

–PSRR

+PSRRPSRR（dB）

周波数（MHz）

4.0

3.0

3.5

2.5

1.5

2.0

1.0 0477

1-0-

050

20ns/DIV

2V p-p

1V p-p

VO、cm（V）

時間（ns）

図43. PSRRの周波数特性

図47. VOCMの大信号過渡応答性

700

–700

–600

–500

–400

–300

–200

–100

0

100

200

300

400

500

600

200 1k 10k

0477

1-0-

049

VS+ – VOP

VON – VS–

VS = +3VVS = +5V

電源レールからのシングルエンド出力振幅（mV）

抵抗性負荷（Ω）

図45. 出力負荷対出力飽和電圧

320

350

–330

–325

–320

–315

–310

–305

–300

345

340

335

330

325

–40 –20 0 20 40 60 80 100 120

0477

1-0-

065

VON – VS–

VS+ – VOP

電源レールからのVOP（mV）

温度（）

電源レールからのVON（mV）

図48. 出力飽和電圧の温度特性

1000

100

10

1

0.1

0.010.01 1001010.1

0477

1-0-

061

出力インピーダンス（

Ω）

周波数（MHz）

図46. シングルエンド出力インピーダンスの周波数特性

AD8137

REV. A ― 15 ―

–0.3

0.3

–15

10

5

0

5

10

15

0.2

0.1

0

–0.1

–0.2

–40 –20 0 20 40 60 80 100 120

0477

1-0-

052

VOS, cm VOS, dm

VO

S、dm（m

V）

温度（）

VO

S、cm（m

V）

L70

50

30

10

–10

–30

–50

–700 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

0477

1-0-

056

I VO

CM（

oA）

VCOM（V）

図49. オフセット電圧の温度特性

図53. VOCM入力電圧対 VOCM入力バイアス電流

1.2

1.0

0.6

0.8

0.4

0.2

–0.2

0

–0.40.50 1.50 2.50 3.50 4.50

0477

1-0-

059

入力バイアス電流（

µA）

VACM（V）

図50. 入力同相電圧VACM 対入力バイアス電流

0.10

0.40

–3

–2

–1

0

1

2

3

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

–40 –20 0 20 40 60 80 100 120

0477

1-0-

053

IBIAS

IOSI BIA

S（o

A）

温度（）

I OS（

nA）

–0.5

–0.1

–0.2

–0.3

–0.4

–40 –20 0 20 40 60 80 100 120

0477

1-0-

054

VOCM電流（

µA）

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

図54. VOCMバイアス電流の温度特性

2.60

2.55

2.45

2.40

2.50

2.35

2.30–40 0 20–20 40 80 10060 120

0477

1-0-

051

電源電流（mA）

温度（）

図52. 電源電流の温度特性

AD8137

― 16 ― REV. A

40

20

0

–20

–40

–60

–80

–100

–1200 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

0477

1-0-

057

L

PD電流（

µA）

PD電圧（V）

3

2

1

0

–1

–2

–30 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

0477

1-0-

058

IS+

IS–


PD電圧（V）

図56. PD___電圧対 PD

___電流

図57. PD___電圧対電源電流

3.6

3.2

2.8

2.0

2.4

0.8

1.2

1.6

0.4

0 0477

1-0-

024

100ns/DIV

PD （0.8～1.5V）


時間（ns）

図59. パワーダウンのターンオン時間

3.4

3.0

2.6

2.2

1.8

1.4

1.0

0.6

0.2 0477

1-0-

025

40ns/DIV

PD （1.5～0.8V）


時間（ns）

図60. パワーダウンのターンオフ時間

5

4

2

3

0

1

–1

–4

–3

–2

–5–5 –4 –3 –2 –1 43210 5

0477

1-0-

060

VS = +3V

VS = +5V

VS = ±5V

VO、cm

VOCM

図55. VOCM入力電圧対 VO, cm

PD –2.0V

–0.5V

VO, dm

2µs/DIV

VS = ±2.5VG = 1 (RF = RG = 1kΩ)RL, dm = 1kΩ入力＝1Vp-p @ 1MHz

1.5

1.0

0.5

–0.5

0

–1.0

–1.5 0477

1-0-

066


時間（µS）

図58. パワーダウンの過渡応答性

動作理論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。

図61. 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＝

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gmは約1mA/V、CC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。

図62. 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。

100

80

–60

–40

–20

0

20

40

60

–120

–100

–80

–200–180

–160

–140

0.0001 0.010.001 0.1 1 10 100

0477

1-0-

021

オープン・ループ・ゲイン（dB）

位相（度）

周波数（MHz）

gm

2π×CC

–OUT +IN

ACM

VOCM

CC CC

CP +OUT–IN CN

0477

1-0-

017

AD8137

REV. A ― 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RF/RG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VA PとVA 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。VOPとVON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。

図63. 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 （1）

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＝（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＝（3）

差動負帰還は、サミング・ジャンクションVANとVAP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。

VAN＝VAP （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。

VOP＝VOCM＋（5）

および

VON＝VOCM－（6）

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

ゲイン RG（Ω） RF（Ω） 3dB帯域幅合計出力ノイズ（MHz）（nV/ ）

1 1k 1k 72 18.6

2 1k 2k 40 28.9

5 1k 5k 12 60.1

10 1k 10k 6 112.0

Hz

VO, dm

2

VO, dm

2

∆VO, dm

∆VO, cm

VOP＋VON

2

0477

1-0-

055

+

–

VAP

VAN

VON

VOP

–

+

VO, dmRL, dmAD8137

CF

RFRG

RG

CF

RF

VIP

VOCM

VIN

― 18 ― REV. A

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。

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。

Vo_n1＝vn またはvn /β （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）

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。

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。

Vo_n3＝（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。

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＝（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（CF＝0）を参照し、VIN＝0に設定すると、以下の式が得られます。

＝（11）

VAN＝VAP＝VOP （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。

VOP－VON＝VO, dm＝ Vi （13）

入力信号をVINに印加し、VIP＝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VO, dmまでのゲインもRF/RGに等しくなります。ここでVIN, dm＝VIP－VINです。

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。

β ≡ （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VANとVAP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VANとVAPの電圧は、以下の式で表すことができます。

VAN＝VAP＝VACM＝

（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。

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 （16）

あるいは

VACM＝VICM＋β（VOCM－VICM）（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 ≡

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、VIN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。

RIN＝（19）RF

RG

RG

RF+1 –

2( )

VIP＋VIN

2

RF

RF RG

+ +× ×+RG

RF RG+VIP VIN VOCM2( )

RG

RF＋RG

RF

RG

RF RG

RG

+

VAP－VON

RF

VIP－VAP

RG

TRF4k

RF

RG

TRG4k

RF

RG1+

AD8137

REV. A ― 19 ―

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RG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VANとVAP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。

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。

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い信号源から供給されています。

この回路では、差動ゲインが1.0で、β＝0.5です。VICM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. 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。

ƒ-3db, VO, dm＝ ×（72MHz）（20）

あるいは、β（72MHz）とすることもできます。

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。

RG

RG＋RF

0～5V

AD7450A VREFへ

0477

1-0-

019

VIN AD8137

+

–

8

2

1

6

3

4

5

VOCM

1kΩ

1kΩ

5V

1kΩ 1kΩ

10kΩ

0.1µF

0.1µF

0.1µF10µF+

AD8031

+

–

0.1µF

5V

ADR525A 2.5Vシャント・リファレンス

― 20 ― REV. A

図64. 12ビットのADC、AD7450Aを駆動するAD8137

0477

1-0-

018

GND VREF

VREFA

AD7450A

VIN+

VIN–VDD

AD8137

+

–

8

VREFB

2.5V

2

1

6

3

4

5

VOCM

1kΩ

1kΩ 1kΩ

2.5kΩ

1kΩ

5V

50Ω

50Ω

VIN

1.0nF

1.0nF

0.1µF 0.1µF

+1.88V+1.25VVACM WITH

VREFB = 0 +0.63V

+2.5VGND–2.5V

ADR525A 2.5Vシャント・リファレンス

DC誤差の概算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VANとVAP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 またはVIO/ β （21）

ここで、VIOは入力オフセット電圧です。

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 ＝IIO（RF）（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）（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。

容量性負荷の駆動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。

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。

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。

RG RF

RF RG+RG

RF RG+

RG

RF RG+

AD8137

REV. A ― 21 ―

AD8137

図66. 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。

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、RT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

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RFとRGの値が小さくなると、RG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。

「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。

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

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。

12ビット以上の分解能を備えたADCの駆動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。

－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。

AD8137

+

–

8

2

1

6

3

4

0V

2V p-p

RT52.3Ω

5

+

–

VOCM

1kΩ

1.02kΩ

1kΩ

1kΩ

0.1µF

0.1µF

+5V

–5V

VIN

信号源

50Ω

0477

1-0-

020

― 22 ― REV. A

図67. 16ビット、250KSPSのADC、AD7687を駆動するAD8137

AD8137

+

–

1nF

1nF

VOCM

VS–

VS+

V+1.0kΩ

1.0kΩ

20kHz

33Ω

33Ω

0477

1-0-

067

499Ω

499Ω

+2.5

AD7687

GND

VDDVIN

GND

BPF

AD8137

REV. A ― 23 ―

0

–10–20–30–40–50–60–70–80–90

–100–110–120–130

–140–150–160–170

0 4020 60 12010080 140

0477

1-0-

068

THD = –93.63dBcSNR = 91.10dBSINAD = 89.74dBENOB = 14.6

振幅（フルスケールのdB）

周波数（kHz）

0

–10

–20

–30

–40

–50

–60–70

–80

–90

–100

–110–120

–130–140

–150–160

0 4020 60 12010080 140

0477

1-0-

069

THD = –91.75dBcSNR = 91.35dBSINAD = 88.75dBENOB = 14.4

振幅（フルスケールのdB）

周波数（kHz）

図68. AD8137の性能（単電源5V、－1.82dBFS）図69. AD8137の性能（電源：6Vと－1V、－0.45dBFS）

AD8137

― 24 ― REV. A

D04

771-

0-8/

04(A

)-J

外形寸法

図70. 8ピン標準SOICナロー・ボディ（R-8）

寸法単位：mm（インチ）

図71. 8ピンLFCSP3mm×3mmボディ（CP-8-2）

寸法単位：mm

オーダー・ガイド

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 －40～＋125 8ピンSOIC R-8AD8137YR-REEL －40～＋125 8ピンSOIC R-8AD8137YR-REEL7 －40～＋125 8ピンSOIC R-8AD8137YRZ1 －40～＋125 8ピンSOIC R-8AD8137YRZ-REEL1 －40～＋125 8ピンSOIC R-8AD8137YRZ-REEL71 －40～＋125 8ピンSOIC R-8AD8137YCP-R2 －40～＋125 8ピンLFCSP CP-8-2 HFBAD8137YCP-REEL －40～＋125 8ピンLFCSP CP-8-2 HFBAD8137YCP-REEL7 －40～＋125 8ピンLFCSP CP-8-2 HFBAD8137YCPZ-R21 －40～＋125 8ピンLFCSP CP-8-2 HGBAD8137YCPZ-REEL1 －40～＋125 8ピンLFCSP CP-8-2 HGBAD8137YCPZ-REEL71 －40～＋125 8ピンLFCSP CP-8-2 HGB

1 Z＝鉛フリー製品

1

0.50BSC

0.60（最大）

1.50REF

0.500.400.30

0.25（最小）

0.45

2.75BSC SQ

12°（最大） 0.80（最大）0.65（代表）

実装面

上面図露出パッド（底面図）

ピン1 識別マーク

ピン1識別マーク

0.900.850.80

0.300.230.18

0.05（最大）0.02（公称）

0.20 REF

1.901.751.60

4

1.601.451.30

3.00BSC SQ

5

8

0.25 (0.0098)0.17 (0.0067)

1.27 (0.0500)0.40 (0.0157)

0.50 (0.0196)0.25 (0.0099)

× 45°

8°0°

1.75 (0.0688)1.35 (0.0532)

実装面

0.25 (0.0098)0.10 (0.0040)

41

8

5.00 (0.1968)4.80 (0.1890)

4.00 (0.1574)3.80 (0.1497)

1.27 (0.0500)BSC

6.20 (0.2440)5.80 (0.2284)

0.51 (0.0201)0.31 (0.0122)平坦性

0.10

JEDEC規格MS-012AAに準拠

5

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。

低価格、低電圧 ビット adc用差動ドライバ...仕様 表1.v s＝±5v、v...

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