最新研发具有业界顶级水准 6nV/√Hz低噪声、1,000pF驱动 20MHz频率的 CMOS运算放大器 NJU77582

新闻稿

2021年03月15日

最新研发具有业界顶级水准 6nV/√Hz低噪声、1,000pF驱动
20MHz频率的 CMOS运算放大器 NJU77582

高速20MHz频率、1,000pF驱动电容，有助于传感器件的小型化
业界顶级水准6nV/√Hz低噪声、低温度漂移0.5uV/℃，有助于系统的高精度化
输入耐压功能有助于提高设备的安全性

新日本无线研发了一款稳定性强且高速驱动的运算放大器，该放大器即使使用1,000pF大负载电容也不会发生振荡，可以20MHz频率工作。

研发背景和以往高速运算放大器的难题

　在日常生活中，已经变得触手可及的物联网技术能够将所接收的光、声音、温度、湿度、重量等模拟信号瞬间数据化，通过互联网作为信息进行交流。随着物联网技术的发展，需要提高模拟信号的采集速度和准确性，并且对放大这些信号的高速，低噪声和高精度运算放大器的需求正在增加。
　因此，现在各种各样的高速运算放大器被应用在多种传感技术中。但是传统的高速运算放大器，作为其高速特性的代价，有输出信号容易振荡的问题。例如，连接到高速运算放大器的输出端子的图案布线变长，以及负载电容变大的话，输出信号会变得不稳定。另外，将信号发送到将模拟信号转换为数字信号的AD转换器时，它必须要承受较大的负载电容。因此，在使用高速运算放大器时，必须考虑布线，在部件配置上下功夫，以及增加元件以抑制振荡。

NJU77582的特点

1.　能够稳定高速驱动1,000pF负载电容，具有Enhanced C-Drive ^TM 特性，有助于设备小型化
- 　NJU77582是一款新型的高速运算放大器，是通过使用新的电路技术Enhanced C-Drive ^TM 克服了一直以来被认为是理所当然的高速运算放大器易于振荡的缺点。
  　利用这种技术，即使负载电容为1,000pF（以前约为100pF），NJU77582仍能够稳定高速工作而不会发生振荡。这个1000pf的负载容量换算成印刷电路板的布线图案面积的话相当于314cm² (17.7cm×17.7cm) 的大小，到现在为止高速运算放大器需要考虑的布线图案和部件配置的限制可以得到缓解。另外，图2所示的振荡对策中所使用的部件也不需要了，对机器的小型化做出了贡献。

【Enhanced C-Drive ^TM　】　是新日本无线利用拥有的模拟电路技术新研发的稳定化电路

2.　业界顶级水准6nV/√Hz、0.5uV/℃低噪声的输入失调电压温度特性有助于设备高精度化
- 　高速运算放大器可以放大高频输入信号。但是被放大的不只是输入信号，混入输入信号的噪声成分和运算放大器自身发出的噪声成分也会被放大。这个噪声成分，如果是应用到温度计上，被检测的温度误差就会显示为±1℃。
  因此，低噪声特性对于高速运算放大器很重要。NJU77582的输入换算噪声电压为6nV/√Hz，对于20MHz CMOS运算放大器而言，这是业界最高水平^※1。另外，被分类为超低频率噪声的输入失调电压温度漂移系数是0.5uV/℃的高精度特性。
  　由于具有这种低噪声和高精度的特性，因此目前为止只能适用于分辨率为0.1％（10bit AD转换器）的模拟和数字数据转换系统，将可支持4倍高精度分辨率为0.025%（12bit AD转换器）的系统。以上述温度计为例，这意味着温度误差为±1℃的温度计可以提高到温度误差为±0.25℃。
  　如图5所示，NJU77582与现有产品相比，具有低噪声、低温度漂移特性，具有业界最高水平的性能。使用NJU77582可以对传感器应用的高精度做出贡献。

^{※1 ：2021年2月　新日本无线的调查结果}

・其他公司产品是指GBW为10MHz～24MHz的高速CMOS运算放大器。

・12bit AD转换器适用上限：使用全bit的度量，误差希望小于此值

使用5V电源时，5V÷2¹²÷2=610u(Vpp)

・温度漂移 : 温度范围为 -40℃～125℃，由于Vio波动引起的误差

Vio温度漂移系数×165℃(Vpp)

・噪声　：　输入换算噪声起因的误差

输入换算噪声电压 nV/√Hz×带宽√GBW×6.6(Vpp)

图5　 NJU77582由于噪声和温度变化引起的Vio 波动小，可支持12bit的AD转换器

3.　输入耐压功能能保护运算放大器后级设备，有助于提高设备安全性
- 　不仅限于传感器应用，很多应用都需要考虑到意外使用的安全设计。一个典型的例子是在运算放大器OFF时输入信号。
  　到现在为止的一般运算放大器，如图6所示，在电源OFF时输入信号，输入信号的一部分会被输出。此输出可能损坏连接到运算放大器后级的设备。此外，在电源OFF状态下给运算放大器施加输入电压，自身也有受到损坏的情况。
  　如图7所示，NJU77582具有输入耐压功能，即使在电源OFF时输入信号，NJU77582仍可防止输入信号通过运算放大器。由于电源OFF时输入信号不通过运算放大器，所以电源OFF时的输出电压一直保持GND电平。因此可以避免损坏连接在后级的设备。并且，运算放大器自身就设计为在OFF时可以承受输入电压。
  　NJU77582通过这个输入耐压功能，对提高设备的安全性做出贡献。

图6　在一般运算放大器中，当电源OFF时，施加输入电压，会产生输出电压，有可能会损坏后级的设备

图7　NJU77582在电源OFF时，即使施加输入电压，输出电压也保持0V，从而可保护后级设备。

产品性能

高增益带宽积 GBW ： 20MHz typ.
高电压转换速率： 10V/μs typ.
高负载电容稳定性： 1,000pF typ.
低噪声： 6nV/√Hz typ.
输入失调电压 Vio ： 2.5mV max.
Vio温度漂移系数： 0.5uV/℃ typ.
过大输入保护（输入耐压）
内置EMI 滤波器
轨到轨输入输出
工作电压： 2.7V to 5.5V.
消耗电流： 2.3mA typ.
工作温度： -55ºC to 125ºC

应用

传感器信号放大电路
电缆驱动器
滤波器电路
高速AD转换器的前级放大器
光电二极管放大器

系列产品

电路数	型号	封装	研发状况	样片
1ch.	NJU77580	SOT23-5	研发中	供给中
2ch.	NJU77582	MSOP8(VSP8) DFN8(ESON8)	量产中	供给中
2ch.	NJU77582	SOP8	研发中	供给中
4ch.	NJU77584	SSOP14	计划中	敬请咨询