未発表論文から

G=½の差動出力ディファレンス・アンプ・システム

   Moshe GerstenhaberMichael O’Sullivan著  (コメントは英語でお願いいたします



小さなジオメトリ・プロセスに基づいて設計された高性能A/Dコンバータ(ADC)は、一般に1.8~5Vの単電源または±5Vの両電源で動作します 。±10V以上の実際の信号を処理する場合は、ADCの前にアンプを配置することがよくあります。このアンプで信号を減衰し、ADC入力の飽和や過 電圧によるダメージを防ぐことができます。このアンプは一般にシングルエンド出力を出力しますが、ダイナミック・レンジの増大、同相ノイズ除去比の改善 、ノイズ感度の低減など、差動入力ADCの利点をフル活用するには差動出力のほうが有効です。図1は、ゲインが½の差動出力アンプ・システムを示します。

G=1/2の差動出力ディファレンス・アンプの機能ブロック図

図1. G=½の差動出力ディファレンス・アンプの機能ブ ロック図

差動アンプA1は½のゲインとなるよう構成されています。このアンプの出力はアンプA2の非反転入力とアンプA3の反転入力に入力されます。アンプA2とA3も½のゲインで動作します。位相が180°ずれたこれらの出力は、差動信号を形成します。差動出力電圧VOUTA2 – VOUTA3は、したがって、VIN/4 – (–VIN/4)と表され、差動出力電圧VIN/2となります。

VOFFSET端子を用いて出力をオフセットし、ADCのダイナミック・レンジを増大させることもできます。VOFFSETから 出力までの差動ゲインは-1です。オフセットの調整が不要な場合は、このノードをグラウンドに接続してください。

VCM端子で、差動出力の同相電圧を設定します。回路の出力同相電圧を電源中央値に設定できるので、この端子は特に単電源ADCを駆動するときに役に立ちます。VCMから出力までのゲインは1です。同相電圧のシフトが不要な場合は、このノードをグラウンドに接続してください。

図2は回路の性能を示します。入力は25kHz、20Vp-pのサイン波です。プロットのチャンネル1は非反転出力、チャンネル2(チャンネル1のプロットと 重なって表示)は反転出力、チャンネル3は入力信号です。Mと表示されている演算チャンネル(Math Channel)は、反転、非反転の出力間の差で す。各出力は入力信号の¼となっていて、2つの出力は互いを基準に反転され、その差の振幅は入力信号の½となります。

入力信

号とその1/2振幅の差動出力

図2. 入力信号とその½ 振幅の差動出力

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図3は回路の周波数応答とゲインの関係を示しており、帯域幅1MHz、ピーキング1dB未満で、ゲインは安定しています。

差動出

力ディファレンス・アンプの周波数応答

図3. 差動出力ディファレンス・アンプの周波数応答

図4では、大きな矩形波入力に対する回路の応答に顕著なオーバーシュートはなく、短時間でセトリングしていることを示しています。各アンプは 信号の半分の振幅しか伝送しないので、差動出力は各出力の2倍の速さでスルーします。

差

動出力ディファレンス・アンプの大信号性能

図4. 差動出力ディファレンス・アンプの大信号性能

デュアル・ディファレンス・アンプのAD8279はナローボディの14ピン SOICパッケージを採用し、AD8278 は8ピンMSOPパッケージを採 用しています。高精度レーザートリム抵抗はアンプと同じチップに集積されるので、抵抗のオフセット、ゲイン誤差、同相電圧誤差、それに温度の変化 に伴うドリフトが最小限に抑えられ、高精度システムに有効に機能します。AD8278(200µA)とAD8279(1アンプ当たり200µA)は 、低消費電力でありながら、システムの帯域幅は1MHz、スルーレートは2.4V/µsです。AD8278/AD8279は、単電源の2.5Vから両電源 の±18Vまで、非常に広い電源範囲で動作できます。入力は電源レールを更に越えてスイングできるので、大きな同相電圧/ノイズが存在す る中で大信号(±20V以上)を測定することが可能です。そのため、これは高性能の低電圧ADCにとって理想的なフロントエンドとなります。



 

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