業界最高水準の低ノイズ 6nV/√Hz、1,000pFドライブ 20MHz CMOSオペアンプ NJU77582 の量産開始

新製品ニュース

2021年03月15日(令和3年)

業界最高水準の低ノイズ 6nV/√Hz、1,000pFドライブ
20MHz CMOSオペアンプ NJU77582 の量産開始

高速20MHzで1,000pFを駆動でき、センサ機器の小型化に貢献
業界最高水準の低ノイズ6nV/√Hz、低温度ドリフト0.5uV/℃でシステムの高精度化に貢献
入力トレラント機能で機器の安全性向上に貢献

新日本無線株式会社（本社：東京都中央区　代表取締役社長：森田謙一）は、1,000pFという大きな負荷容量でも発振することなく安定して高速ドライブ可能な20MHz、高速オペアンプを開発しました。

開発背景と従来の高速オペアンプの課題

　日常生活の中で取り扱われる光、音、温度、湿度、重量などのアナログ信号を瞬時にデータ化し、インターネットを介して情報としてやりとりするIoT技術は身近なものになっています。IoT技術の進化に伴い、アナログ信号の取得スピード、精度向上が求められており、これらの信号を増幅するオペアンプも高速化、低ノイズ化、高精度化のニーズが高まっています。
　そのため現在様々な高速オペアンプが多様なセンシング技術に応用されています。しかし従来の高速オペアンプは、その高速特性の代償として、出力信号が発振しやすい問題があります。例えば高速オペアンプの出力端子に接続されるパターン配線の引き回しが長くなるなど、負荷容量が大きくなると、出力信号が不安定になっていました。また、アナログ信号をデジタル変換するADコンバータに信号を送る場合にも、大きな負荷容量に耐える必要があります。そのため、高速オペアンプを用いる際は配線の引き回しへの配慮、部品配置の工夫、発振を抑制するための部品の追加が必要とされていました。

NJU77582の特長

1.　1,000pFの負荷容量を安定して高速でドライブできる Enhanced C-Drive ^TM で機器の小型化に貢献
- 　NJU77582は新規回路技術 Enhanced C-Drive ^TM により、これまで当たり前とされてきた、高速オペアンプは発振しやすいという欠点を克服した新型高速オペアンプです。
  　NJU77582はこの技術により、1,000pF（従来は100pF程度）の負荷容量でも発振することなく安定した高速動作が可能となりました。この1,000pFの負荷容量はプリント基板の配線パターン面積に換算すると314cm² (17.7cm×17.7cm)の大きさに相当し、これまで高速オペアンプで必要とされた配線パターンへの配慮、部品配置の制限を緩和できます。また、図２のような発振対策で使われていた部品も不要となり、機器の小型化に貢献できます。

【Enhanced C-Drive ^TM　】　新日本無線が持つアナログ回路技術により新しく開発した安定化回路

2.　業界最高水準の低ノイズ6nV/√Hz、0.5uV/℃の入力オフセット電圧温度特性で機器の高精度化に貢献
- 　高速オペアンプは高周波の入力信号を増幅できます。しかし増幅されるのは入力信号だけでなく、入力信号に混入したノイズ成分やオペアンプ自身が発するノイズ成分も増幅してしまいます。このノイズ成分は、例えば温度計のアプリケーションであれば、検出される温度誤差±1℃などとして現れます。
  そのため、高速オペアンプでは低ノイズ特性が重要となります。NJU77582の入力換算雑音電圧は20MHzのCMOSオペアンプでは業界最高水準^※1となる6nV/√Hzです。また、超低周波ノイズに分類される入力オフセット電圧温度ドリフト係数は0.5uV/℃の高精度特性です。
  　この低ノイズ、高精度特性によりこれまで分解能0.1%のアナログ・デジタルデータ変換（10bit ADコンバータ）にしか対応できなかったシステムより、4倍高精度な分解能0.025%（12bit ADコンバータ）のシステムへの適応が可能となります。これは前述した温度計を例にとると、温度誤差±1℃だったものが温度誤差±0.25℃に高精度化できるというものです。
  　図５のようにNJU77582は従来品と比べ、低ノイズ、低温度ドリフト特性に優れ、業界最高水準の性能を有します。NJU77582を用いることでセンサーアプリケーションの高精度化に貢献できます。

^{※1 ：2021年2月　新日本無線調べ}

・他社品はGBWが10MHz～24MHzの高速CMOSオペアンプです。

・12bit ADコンバータ適応上限：フルbitを使い切るための目安であり、
誤差はこれ以下が望ましい

5V電源として、5V÷2¹²÷2=610u(Vpp)

・温度ドリフト : 温度範囲-40℃～125℃でVio変動分による誤差

Vio温度ドリフト係数×165℃(Vpp)

・ノイズ　：　入力換算雑音起因の誤差

入力換算雑音電圧 nV/√Hz×帯域√GBW×6.6(Vpp)

図５　NJU77582はノイズと温度変化によるVioの変動が小さく、12bitのADコンバータに対応可能

3.　オペアンプの後段の機器も保護する入力トレラント機能で機器の安全性向上に貢献
- 　センサーアプリケーションに限らず、多くのアプリケーションでは意図しない使われ方を考慮した安全設計が求められます。その典型例は、オペアンプの電源がOFFの状態で、信号が入力されるといったものです。これまでの一般的なオペアンプは、図６のように電源OFF時に信号が入力された場合、その入力信号の一部が出力されてしまいます。この出力は、オペアンプの後段に接続される機器にダメージを及ぼす可能性がありました。また、オペアンプ自身も電源OFF状態で入力電圧が印加されると、ダメージを受ける場合がありました。
  　NJU77582は図７のように、電源OFF時に信号が入力されても、その入力信号をオペアンプ内部に通さない入力トレラント機能を備えています。電源OFF時に入力信号をオペアンプ内部に通さないため、電源OFF時の出力電圧は常にGNDレベルを保ち続けます。そのため後段に接続される機器へのダメージを回避できます。さらに、オペアンプ自身も電源OFF時の入力電圧に耐えるように設計されています。
  　NJU77582はこの入力トレラント機能により、機器の安全性向上に貢献できます。

図６　一般的なオペアンプでは電源OFF時に入力電圧が印加されると出力電圧が発生し、後段の機器がダメージを受ける可能性がある。

図７　NJU77582は電源OFF時に入力電圧が印加されても出力電圧は0Vを維持。後段の機器の保護も可能。

製品機能

高利得帯域幅積 GBW ： 20MHz typ.
高スルーレート： 10V/μs typ.
高負荷容量安定： 1,000pF typ.
低ノイズ： 6nV/√Hz typ.
入力オフセット電圧 Vio ： 2.5mV max.
Vio温度ドリフト係数： 0.5uV/℃ typ.
過大入力保護（入力トレラント）
EMI フィルタ内蔵
入出力フルスイング
動作電圧： 2.7V to 5.5V.
消費電流： 2.3mA typ.
動作温度： -55ºC to 125ºC

製品詳細は以下ページをご覧ください。
https://www.nisshinbo-microdevices.co.jp/ja/products/operational-amplifier/spec/?product=nju77582

アプリケーション

センサ信号の増幅回路
ケーブルドライバ
フィルタ回路
高速ADコンバータの前段アンプ
フォトダイオードアンプ

シリーズ展開

回路数	形名	外形	開発状況	サンプル	サンプル価格
1ch.	NJU77580	SOT23-5	開発中	提供中	\60.0-
2ch.	NJU77582	VSP8 ESON8	量産中	提供中	\80.0-
2ch.	NJU77582	SOP8	開発中	提供中	\80.0-
4ch.	NJU77584	SSOP14	計画中	問合せ願います