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LM7131
LM7131 LM7131 Tiny High Speed Single Supply Operational Amplifier Literature Number: JAJS826 ご注意：この日本語データシートは参考資料として提供しており、内容が最新でない場合があります。 製品のご検討およびご採用に際しては、必ず最新の英文データシートをご確認ください。 September 1999 2005年 3月 LM7131 高速単一電源仕様タイニー・オペアンプ 概要 特長 LM7131 は、省スペース・タイプの SOT23-5 タイニー・パッケージに 実装された高速のバイポーラ・オペアンプです。 省スペース化や軽量化 を重視する設計に理想的なデバイスです。3V や 5V の単一電源で、良 好なビデオ性能、広い帯域、低歪み、高 PSRR、高 CMRR が保証され ていますから、デスクトップやポータブル型のビデオ機器、コン ピューティング機器に最適なデバイスといえます。パッケージは SOT23-5 タイニー・パッケージと表面実装の 8 ピン・パッケージから選 択することができます。 パッケージが極めて小さいため、信号源あるいは AD コンバータ入 力の直近に配置できるなど、任意の基板箇所に配置することができま す。また、低電圧で高速性能が得られるため、バッテリ動作回路及び機 器に最適です。 ■ 省スペース・タイプのSOT23-5タイニー・パッケージの採用により、 SO-8 パッケージ品に比べて約半分の基板面積を節約 ■ 3V、5V、± 5V 電源動作時の規格値を保証 ■ 消費電流：5V 動作時で 7.0mA（代表値） 、3V 動作時で 6.5mA（代表 値） ■ 出力振幅：5V 単一電源で 4V ■ トータル高調波歪み（THD） ：4MHz で 0.1% 以内（代表値） ■ 利得帯域幅積：70MHz ■ − 3dB 減衰帯域幅：90MHz（3V/5V 動作時、利得＝＋ 1） ■ 汎用ビデオ A/D コンバータの駆動用に最適 ■ 40mA 出力で 50Ω 負荷を駆動可能 ■ 微分利得および微分位相：AV ＝＋ 2 にて 0.25%、0.75˚ アプリケーション ■ ■ ■ ■ ■ ■ 携帯電話用 RF 部信号処理 ビデオ A/D コンバータの駆動 ポータブル・コンピュータ /PDA 用のビデオ出力 デスクトップ TV 会議用機器 ハイファイ・デジタル・オーディオ ビデオ・カード ピン配置図 製品情報 © National Semiconductor Corporation 1 Printed in Japan NSJ 3/2000 LM7131 高速単一電源仕様タイニー・オペアンプ OBSOLETE LM7131 絶対最大定格（Note 1） 本データシートには軍用・航空宇宙用の規格は記載されていません。 関連する電気的信頼性試験方法の規格を参照下さい。 ESD 耐圧（Note 2） 差動入力電圧 入出力端子電圧 電源電圧（V ＋− V −） 入力端子電流 出力端子電流（Note 3） 電源端子電流 リード温度（ハンダ付け、10 秒） 保存温度範囲 接合部温度（Note 4） 2000V ± 2.0 （V −）− 0.3V （V ＋）＋ 0.1V、 12V ± 5mA ± 80mA ± 80mA 260℃ − 65℃∼＋ 150℃ 150℃ 動作定格 電源電圧（V ＋− V −） 接合部温度 LM7131AC、LM7131BC 熱抵抗（θJA） SO-8 パッケージ、8 ピン表面実装 MO5A パッケージ、5 ピン表面実装 2.7V ≦ V ≦ 12V 0℃≦ TJ ≦＋ 70℃ 165℃/W 325℃/W 3V DC 電気的特性 特記のない限り、以下の規格値は TJ ＝ 25℃、V ＋＝ 3V、V −＝ 0V、VCM ＝ VO ＝ V ＋ /2、RL ＝ 150Ω に対して適用されます。太文字表記のリ ミット値は全動作温度範囲に対して適用されます。 http://www.national.com 2 特記のない限り、以下の規格値は TJ ＝ 25℃、V ＋＝ 3V、V −＝ 0V、VCM ＝ VO ＝ V ＋ /2、RL ＝ 150Ω に対して適用されます。太文字表記のリ ミット値は全動作温度範囲に対して適用されます。 3V AC 電気的特性 特記のない限り、以下の規格値は TJ ＝ 25℃、V ＋＝ 3V、V −＝ 0V、VCM ＝ VO ＝ V ＋ /2、RL ＝ 150Ω に対して適用されます。太文字表記のリ ミット値は全動作温度範囲に対して適用されます。 5V DC 電気的特性 特記のない限り、以下の規格値は TJ ＝ 25℃、V ＋＝ 5V、V −＝ 0V、VCM ＝ VO ＝ V ＋ /2、RL ＝ 150Ω に対して適用されます。太文字表記のリ ミット値は全動作温度範囲に対して適用されます。 3 http://www.national.com LM7131 3V DC 電気的特性（つづき） LM7131 5V DC 電気的特性（つづき） 特記のない限り、以下の規格値は TJ ＝ 25℃、V ＋＝ 5V、V −＝ 0V、VCM ＝ VO ＝ V ＋ /2、RL ＝ 150Ω に対して適用されます。太文字表記のリ ミット値は全動作温度範囲に対して適用されます。 5V AC 電気的特性 特記のない限り、以下の規格値は TJ ＝ 25℃、V ＋＝ 5V、V −＝ 0V、VCM ＝ VO ＝ V ＋ /2、RL ＝ 150Ω に対して適用されます。太文字表記のリ ミット値は全動作温度範囲に対して適用されます。 http://www.national.com 4 特記のない限り、以下の規格値は TJ ＝ 25℃、V ＋＝ 5V、V −＝ 0V、VCM ＝ VO ＝ V ＋ /2、RL ＝ 150Ω に対して適用されます。太文字表記のリ ミット値は全動作温度範囲に対して適用されます。 ± 5V DC 電気的特性 特記のない限り、以下の規格値は TJ ＝ 25℃、V ＋＝ 5V、V −＝ 5V、VCM ＝ VO ＝ 0V、RL ＝ 150Ω に対して適用されます。太文字表記のリミッ ト値は全動作温度範囲に対して適用されます。 5 http://www.national.com LM7131 5V AC 電気的特性（つづき） LM7131 ± 5V AC 電気的特性 特記のない限り、以下の規格値は TJ ＝ 25℃、V ＋＝ 5V、V −＝ 5V、VCM ＝ VO ＝ 0V、RL ＝ 150Ω に対して適用されます。太文字表記のリミッ ト値は全動作温度範囲に対して適用されます。 Note 1： 「絶対最大定格」とは、デバイスが破壊する可能性のあるリミット値をいいます。 「動作定格」とはデバイスが機能する条件を示しま すが、 特定の性能リミット値を保証するものではありません。 仕様および試験条件の保証値に関しては、 「電気的特性」 を参照下さい。 Note 2： 使用した試験回路は、人体モデルに基づき 100pF のコンデンサから直列抵抗 1.5kΩ を通して各端子に放電させます。 Note 3： 単一電源と両電源での動作に適用されます。周囲温度上昇時に連続短絡状態にすると、150℃の最大接合部温度を超えることがあり ます。 Note 4： 最大消費電力は、最大接合部温度 TJ（max）、接合部・周囲温度間熱抵抗 θJA、および周囲温度 TA により決まります。任意の周囲温度にお ける最大許容消費電力は、PD ＝（TJ（max）− TA）/θJA から求められます。全ての数値はプリント基板に直接ハンダ付けされたパッケー ジに適用されます。 Note 5： 代表値（Typical）は最も標準的な数値です。 Note 6： リミット値は全て試験または統計解析により保証されます。 Note 7： 1.5Vのステップ入力を持つ電圧フォロワとして接続します。規定される数値は正および負のスルーレートのいずれか遅いほうです。 V ＋＝ 3V および RL ＝ 150Ω を 1.5V に接続。VO ＝ 1.5VPP になるようにアンプを 1kHz で励起させます。 Note 8： 4.0Vのステップ入力を持つ電圧フォロワとして接続します。規定される数値は正および負のスルーレートのいずれか遅いほうです。 V ＋＝ 5V および RL ＝ 150Ω を 2.5V に接続。VO ＝ 4VPP になるようにアンプを 1kHz で励起させます。 Note 9： 4.0Vのステップ入力を持つ電圧フォロワとして接続します。規定される数値は正および負のスルーレートのいずれか遅いほうです。 V ＋＝ 5V、V −＝− 5V および RL ＝ 150Ω を 0V に接続。VO ＝ 4VPP になるようにアンプを 1kHz で励起させます。 Note 10： 微分利得と微分位相は、0.6V ∼ 2.0V の出力電圧範囲で 150Ω の負荷（利得＝＋ 2.0）に 4.5MHz の信号を駆動して測定されます。 代表的な性能特性 http://www.national.com 6 LM7131 代表的な性能特性 (つづき) 7 http://www.national.com LM7131 代表的な性能特性 (つづき) http://www.national.com 8 LM7131 代表的な性能特性 (つづき) 9 http://www.national.com LM7131 アプリケーション情報 概要 LM7131 は、単一電源電圧で高性能動作が可能な高速のコンプリメ ンタリー・バイポーラ・アンプです。± 5V 両電源、＋ 5V 単一電源およ び＋ 3V単一電源での動作を保証しています。± 5V両電源システムの 場合は、高性能化と＋ 5V 単一電源システムへの移行も容易です。ま た、LM7131は、電圧帰還型アンプとして、ほとんどのオペアンプ回路 で使用できます。 LM7131 は、2 種類のパッケージ（SO-8 表面実装パッケージ、小型・ 軽量の SOT23-5 タイニー・パッケージ）で用意されています。 LM7131は、 A/Dコンバータの駆動やビデオ・ケーブルの駆動など、 単 一電源アンプのいくつかの主な要件に対応するように設計されていま す。出力段はA/Dコンバータのダイナミック負荷用に特別設計されて います。＋ 5V 単一電源での出力電圧範囲は 4V です。この駆動能力に 加え、良好な微分利得と微分位相により、＋ 5V 単一電源動作の小型 パッケージでも高品質のビデオ増幅が可能です。 ナショナルセミコンダクター社では、LM7131 以外にも、ローパ ワー・アンプ、高精度基準電圧源、電圧レギュレータなどもタイニー・ パッケージで用意しています。 特性曲線とデータシートのリミット値に関する 注意事項 重要： 特性曲線は LM7131 の平均特性であって、リミット値を示すもので はありません。 電源電流と電源電圧 この特性曲線はほとんどフラットですが、電源電圧が増大するにつ れて徐々に上昇します。 入力電流と入力電圧 LM7131 の利点 LM7131 は、＋ 5V または＋ 3V の単一電源で高速信号の増幅を行う と、±両電源の場合に比べて電源回路の低コスト化を図ることができ ます。 ± 5V システムから＋ 5V システムへの移行が容易 LM7131 は、SO-8パッケージで用意されており、±5V 電源時と単一 電源時での仕様が同じです。このため、多くの価格だけが高く広帯域 で使用できないオペアンプをLM7131に置き換え、5V単一電源システ ムに容易に移行することができます。この結果、システム設計におい てアンプの低電圧化への移行が容易になり、設計変更の度に異なるオ ペアンプの技術評価、品質評価などの認定試験に多大な労力とコスト を要することも無くなります。 設計の変更を容易に行えるほか、 SOT23表面実装タイニー・パッケー ジでは基板スペースを節約することができます。 この特性曲線は 200mV∼4Vの入力電圧範囲内で比較的フラットで す。この範囲では同時に良好な同相除去比が得られます。 同相電圧除去比 3V および 5V の DC 電気特性において、二つの CMRR（同相電圧除 去比）仕様値が規定されています。一つは、グランド・レベル近辺にお ける仕様値で、LM7131 は、この範囲（RS-170 対応のビデオ信号など、 一般的なビデオ信号のアクティブ領域）で最大のCMRRが得られるよ うに設計されています。したがって、平衡入力の入力抵抗がマッチン グしていれば、ケーブルで拾った不要なノイズを大幅に除去すること ができます。もう一つは中間レベルにおける CMRRで、この仕様値は 他の単一電源オペアンプの CMRR と同じです。 ボード線図（AV ＝＋ 1 における利得と周波数） 非反転利得1 における利得と周波数の曲線は、150Ωの負荷を±3V、 ± 5V、± 10V の両電源、および 3V、5V、10V の単一電源に接続したと きの特性を示しています。負荷は、単一電源の場合は最低電位の電圧 SOT23-5（タイニー・パッケージ）の利点 SOT23-5（タイニー）パッケージは基板面積を節約し、高密度のレイ （グランド）に、±両電源の場合は両電源電圧の中間電位に接続して測 アウトを実現します。このパッケージは低プロファイルを特長として 定したものです。 おり、サブノート型コンピュータ、民生用ビデオ機器、パーソナル・デ ジタル・アシスタント（PDA） 、厚型 PCMCIA カードなど、高さが制約 ケーブルの駆動 される設計に適しています。サイズが小さいことは、信号源の直近に パルス応答曲線は、3V 電源と 5V 電源を接続した場合の 75Ω のバッ 150Ωの負荷を直接駆動 配置することが可能になるため、高ノイズ環境における信号純度の確 ク終端ケーブル駆動時の特性を示しています。 保にも有利です。このタイニー・アンプは小型・軽量ですから、これま したり、5フィート（1.5メートル）のケーブル、および75フィート（22 で配置が不可能であった高密度の基板箇所にも実装することができま メートル）のケーブルを駆動した場合でも、高精度のパルス出力が得 られていることに注目してください。利得 10（AV ＝＋10）の回路構成 す。 LM7131 は、磁気テープ・ヘッドやディスク・ドライブの書き込み では帯域幅が低減しますが、その場合でも、約 100ns で出力が定常レ ヘッドなど、仮想グランドに接地されたコイルやトランスの駆動にも ベルの1%以内に収まります。したがって、センサや信号源の小信号を 使用することができます。 小型サイズのSOT23-5パッケージ品では、 プ 増幅したり、信号源から離れているメインの電子回路部に接続された リアンプと共にVCRのヘリカル・スキャン・ヘッド回転アセンブリの内 ケーブルの駆動に利用できます。この場合、ノイズの影響は低減され 部に実装可能です。これにより、長い配線を用いずに低レベルのビデ ます。 Figure 1 ∼ 5 にケーブル駆動に使用した試験回路を示します。 オ信号を駆動し、ハイファイ信号を得ることができます。 http://www.national.com 10 LM7131 特性曲線とデータシートのリミット値に関する注意事項 （ ）内の数値は、DUT および負荷を接続せずに 測定した時の試験治具の容量を示しています。 （ ）内の数値は、DUT および負荷を接続せずに 測定した時の試験治具の容量を示しています。 （ ）内の数値は、DUT および負荷を接続せずに 測定した時の試験治具の容量を示しています。 11 http://www.national.com LM7131 特性曲線とデータシートのリミット値に関する注意事項（つづき） （ ）内の数値は、DUT および負荷を接続せずに 測定した時の試験治具の容量を示しています。 （ ）内の数値は、DUT および負荷を接続せずに 測定した時の試験治具の容量を示しています。 タイプ 1175 フラッシュ A/D 負荷の駆動 Figure 6∼11は、一般的なフラッシュA/D入力を駆動する電圧フォ （帰還コンデンサを接続していない場合）と Figure 10（2pF の帰還コン ロワ回路をLM7131で構成した回路例です。フラッシュA/D入力はそ デンサを接続した場合）に示します。各特性曲線については、 “代表的 れに等価の受動回路で代替しています。 A/D変換精度に影響を及ぼす な性能特性”の曲線グラフに示しています。 若干のリンギングが出力に発生することに注意してください。 この回 “帰還抵抗値と帰還補償”の項を参照。リンギングは、出力と A/Dコ 路では、セトリング・タイムを把握しやすいよう、リンギングをいく ンバータ入力間に絶縁抵抗を挿入しても低減できます （ “容量性負荷の らか大きめに設定しています。通常、低利得におけるセトリング・タ 駆動”と“フラッシュ A/D コンバータの駆動”の各項を参照） 。 イムは約75nsで、最終電圧の1%以内に落ち着きます。リンギングは、 フラッシュA/Dコンバータ駆動用の試験回路図については、Figure 6 出力と反転入力の間に、小さな帰還抵抗（約500Ω）と小容量コンデン ∼ Figure 11 を参照してください。 サ（数pF）を並列接続することによって低減することができます。AV ＝＋ 5 におけるフラッシュA/D コンバータ駆動用の回路図をFigure 9 http://www.national.com 12 LM7131 特性曲線とデータシートのリミット値に関する注意事項（つづき） （ ）内の数値は、DUT および負荷を接続せずに 測定した時の試験治具の容量を示しています。 （ ）内の数値は、DUT および負荷を接続せずに 測定した時の試験治具の容量を示しています。 13 http://www.national.com LM7131 特性曲線とデータシートのリミット値に関する注意事項（つづき） （ ）内の数値は、DUT および負荷を接続せずに 測定した時の試験治具の容量を示しています。 （ ）内の数値は、DUT および負荷を接続せずに 測定した時の試験治具の容量を示しています。 http://www.national.com 14 LM7131 特性曲線とデータシートのリミット値に関する注意事項（つづき） （ ）内の数値は、DUT および負荷を接続せずに 測定した時の試験治具の容量を示しています。 （ ）内の数値は、DUT および負荷を接続せずに 測定した時の試験治具の容量を示しています。 LM7131 の使用法 リミット値と注意事項 電源電圧 LM7131 の絶対最大電源電圧は 12V です。設計者は公称電源電圧を 10V 以下にし、いかなる条件においても 12V の最大許容値を超えない ように注意する必要があります。 では、この最大定格が問題になることはほとんどありませんが、 LM7131をコンパレータとして使用することや、 強制的に入力を異なる 電圧に設定するようなことは避けてください。用途によっては、入力 間に保護ダイオードを接続する必要があります。Figure 12 参照。 差動入力電圧 差動入力電圧は、オペアンプの非反転（＋）入力と反転（−）入力間 の電圧差です。入力間の絶対最大差動入力電圧は、オペアンプに電圧 を供給しているいないに関わらず、±2Vです。通常のオペアンプ設計 15 http://www.national.com LM7131 LM7131 の使用法(つづき) SOT23-5の消費電力は、空気流によって、あるいはパッド、特に左側 中央のV−ピン（ピン2）に接続するメタルを増やすことで改善できま す。ピン 2 は SOT23-5 の内部ダイの実装パドルですが、これを利用し て熱をダイから外部へ効率的に逃がすことができます。ピン 2 のラン ド・パッドは、大きくしたり、多層基板の電力プレーンに接続すること ができます。 なお、低温では一般的に LM7131 の性能仕様値に適合させることが 困難になります。接合部温度が極端に高いと LM7131 の性能が劣化し ますが、テストにより、ほとんどの仕様値は 85℃の接合部温度で適合 することが確認されています。 詳細については、アプリケーション・ノートAN-336、 “ICパッケージ の熱容量” （オペアンプデータブックの巻末）を参照してください。 レイアウトと電源のバイパス処理 LM7131は高速デバイス（50MHz以上）なので、高速回路に特有のレ イアウト上の工夫が必要です。例えば、グランド・プレーンを使用する 出力の短絡 こと、適切な電源バイパス処理を行うこと、入力ピン回りにメタルを LM7131の出力は短絡保護がなされていますが、 連続短絡や高速高エ 配置するのを避けて入力容量の増加を抑えること、出力信号ラインを ネルギの過渡電圧や電流スパイクに耐えるようには設計されていませ 入力ピンから遠ざけるように慎重に配線することなどが挙げられます。 ん。電源電圧を超える電圧への短絡にも耐えられません。出力短絡の 電源ピンは正負電源入力とも、これらのピン近くにコンデンサを配 発生を減らし、エネルギ・レベルを低減するように、設計時に考慮する 置してバイパスしてください。最良の性能を得るためには表面実装コ 必要があります。これは、± 5V 電源で使用する場合に特に重要です。 ンデンサを使用し、出来るだけピンの近くに配置してください。一般 出力に抵抗（例えば75Ωケーブルに使われる75Ωのバック終端抵抗） 的に、各電源ピンごとに2個のコンデンサを接続することを勧めます。 を直列接続すると、短絡の影響を軽減することができます。プリント 例えば、およそ0.01µF（10nF）容量の小型表面実装コンデンサ（一般に 基板からの信号を伝送する出力に対しては、電源電圧に接続されたダ RF 特性が良好なセラミック・タイプ）を出来るだけピンの近くに配置 イオード、ツェナ型サージ抑制器、バリスタなどの保護デバイスを追 します。あるいは、さらに大きな容量（1.0µF∼ 4.7µF）のコンデンサも 加すると効果的です。 ピンの近くに配置できます。この大容量コンデンサも、最良の性能を 得るには、RF 特性が良好で ESR（等価直列抵抗）の小さいものを選ぶ 熱管理 必要があり、セラミック・コンデンサやタンタル・コンデンサが適切で SOT23-5（タイニー）パッケージの消費電力許容値（325℃/W）は、 す。 SO-8 パッケージ（165℃/W）に比べて劣ります。したがって、± 5V 電 単一電源動作の場合は、連続した低インピーダンスのグランド・プ 源で、高負荷、高周囲温度で動作させる場合はオーバヒートに注意し レーンが形成されていれば、バイパス・コンデンサの使用を＋5V電源 てください。＋ 5V 単一電源での動作ではそれほど問題にはなりませ とグランド間だけで済ますこともでき、 V−ピンに接続するバイパス・ ん。 コンデンサの数を減らしたり、 このバイパス・コンデンサが不要になり 例： ます。 2.0V に接続された 150Ω 負荷を周囲温度 40℃（104˚F）で駆動する場 合を考えます。 （通常のオフィス環境で最大周囲温度が40℃を超えるこ 容量性負荷の駆動 とは稀ですが、機器内部の温度はそれよりも高くなる場合がありま LM7131は、大容量負荷を駆動すると位相マージンが減少するため、 す。 ） パルス信号のリンギングが生じてセトリング・タイムが増大しますが、 無負荷時の消費電力− このリンギングは、LM7131 の出力と負荷の間に小さな値の抵抗（一 LM7131 の無負荷時消費電力：9.0mA 般には22Ω∼100Ω）を配置することで低減することができます。この 電源電圧：5.0V 抵抗は LM7131 の出力の出来るだけ近くに配置します。ケーブルを駆 LM7131 の無負荷時消費電力：9.0mA × 5.0V ＝ 45mW 動する場合は、ケーブルの特性インピーダンスに等しい抵抗を使用す 負荷時の消費電力− れば、出力からケーブル容量を分離することができ、ケーブルの反射 出力電流：2.0V/150Ω ＝ 13.33mA が低減されます。 LM7131 の電圧降下：5.0V（電源）− 2.0V（出力）＝ 3.0V 消費電力：13.33mA × 3.0V ＝ 40mW 入力電流 トータル消費電力：45mW ＋ 40mW ＝ 85mW ＝ 0.085W LM7131の入力バイアス電流は15µA∼25µA（代表値）です。したがっ 温度上昇＝ 0.085W × 325℃/W ＝ 27.625℃ て、高周波回路やビデオ回路での一般的な低入力インピーダンス構成 周囲温度 40℃における接合部温度：40 ＋ 27.625 ＝ 67.6225˚ では問題を生じません。標準的な 75Ω 入力終端の場合は、入力電流 したがって、このデバイスの接合部温度は動作定格0∼70℃ 20µAによる終端抵抗の電圧は1.5mVに過ぎません。しかし、入力イン の範囲内にあります。 ピーダンスを 10kΩ にした場合は対象信号にとって無視できない 325℃/Wの数値は静止空気環境および本データシートに示すプリン 200mV の電圧が生じます。こうした誤差要因を低減するためには、低 ト基板のランド・パターンで測定したものです。実際の消費電力は、プ い入力インピーダンスで終端することを勧めます。 リント基板の接続形態と空気流に影響されます。 http://www.national.com 16 帰還抵抗値と帰還補償 大きな値の帰還抵抗（約2k）を用いて利得を低くすると（例えば2） 、 パルス応答特性が低下しリンギングが生じます。大きな抵抗値は、反 転入力の入力容量と共に極を形成してアンプへの帰還を遅らせ、オー バシュートとリンギングを発生させます。これを防ぐためには、利得 設定抵抗を小さな値（1k以下）にしてください。高利得（5以上）では、 より大きな値の帰還抵抗を使用することができます。 リンギングとオーバシュートは、小容量の補償コンデンサを帰還抵 抗に並列接続することによっても低減することができます。 LM7131の 場合は、数 pF ∼数十 pF から始めて徐々に大きな容量を試してみると よいでしょう。補償コンデンサの容量が大き過ぎると、回路の帯域幅 が減少しパルス応答特性が低下します。 浮遊容量は、回路レイアウト、他の部品、特定回路の帯域幅要件ごと に若干異なります。したがって、製造される回路基板と同等のレイア ウトのプロトタイプを使って最終値を選択すべきです。 例えば、代表的な 1175 タイプの 8 ビット・フラッシュ A/D コンバー タの推奨入力電圧範囲は、0.6V ∼2.6Vとなっています。入力信号のア クティブ・ビデオ電圧範囲（sync レベルを除く）が約 700mV であれば、 Figure 13 に示す回路で A/D コンバータを増幅し、駆動することができ ます。この回路例では、10µFのコンデンサによってDC成分を遮断し、 Rクランプを介してLM7131の＋入力にバイアスをかけているため、 最 小出力電圧はA/Dコンバータのボトム基準電圧VRBに等しくなります。 この回路の利得は次のように求めます： 出力信号電圧範囲＝2.6V（トップ電圧）＝0.6V（ボトム電圧） ＝ 2.0V 利得＝出力信号電圧範囲 / 入力信号電圧＝ 2.857 ＝ 2.00/0.700 利得＝（Rf/R1）＋ 1 ＝（249Ω/133Ω）＋ 1 絶縁抵抗 Rと Cf は、A/D入力容量とシステムの最適パルス応答に基 づいて設計者が決定します。図に示した公称値 33Ω と 5.6pF は参考に 過ぎません。信号レベル、A/D コンバータ、システム性能条件に基づ いて修正が必要です。 絶縁抵抗 Rは LM7131の出力近くに配置します。LM7131 も、最良の 反射 LM7131 の出力のスルーレートは高速であるため、ケーブルだけで 結果を得るためには A/D コンバータの近くに配置してください。 なく、回路パターンが長いと反射信号が発生してしまいます。最良の R クランプは、A/D コンバータの VRB レベルにマッチしたビデオ信 パルス特性を確保するためには、ケーブルや回路パターンをそれぞれ 号のボトム電圧が得られる電圧レベルに接続されています。VRB レベ ビデオ信号の黒レベルをクランプして設定する必要があります。 の特性インピーダンスで終端して反射信号を抑える必要があります。 ルは、 反射とオーバシュートを混同しないようにしてください。反射は クランプ電圧は、ビデオ信号のレベルと極性によって異なります。 ケーブル長に依存しますが、オーバシュートは負荷と帰還抵抗および sync 信号は、LM1881 ビデオ・シンク・セパレータなどのデバイスで検 帰還容量に依存します。どちらが原因かわからない場合は、ケーブル 出することができます。 を取り外すかケーブルの長さを大幅に短くしてみてください。反射が 重要：この回路図はLM7131の使用法を概念的に示した図であって、完 原因であれば、これにより反射信号は減少するか、除去されます。オー 全な設計図ではありません。設計時には、各信号レベルに応じて入力 バシュートが原因であれば、オペアンプの出力からケーブルを取り外 保護回路、sync 処理回路、およびある種の利得調整回路に変更を加え ることも必要になります。 してもオーバシュートは除去されません。 A/D コンバータのなかには、低電圧基準レベルの調整が可能な広い 入力電圧範囲を有するものがあります。この種のコンバータを駆動す フラッシュ A/D コンバータ（ビデオ・コンバータ）の駆動 LM7131 は、＋5V 単一電源でフラッシュA/Dコンバータを駆動でき る場合は、出力電圧範囲の下限をLM7131 の V−入力よりも 250mV∼ るように最適設計されたデバイスです。フラッシュA/Dコンバータの 4.0V 高く設定すると、最良の結果が得られます。 入力電圧範囲は種類によって異なりますが、 LM7131の利得帯域幅積は 十分大きいため、 標準的なビデオ・レベル信号を各種のA/Dコンバータ にマッチした最適な入力電圧範囲に増幅することができます。 17 http://www.national.com LM7131 LM7131 の使用法（つづき） LM7131 LM7131 の使用法（つづき） CCD アンプ LM7131 は十分大きな利得帯域幅積を有するため、CCD または同様 のイメージ・センサからの低レベル信号を増幅し、 フラッシュA/Dコン バータを 1 段のアンプで駆動することができます。 スキャナ、コピー、デジタル・カメラに使用されている CCD の多く は、100mV ∼ 300mV の信号を出力します。Figure 14 に、CCD アンプの 概念図を示します。 利得は6で、 フラッシュA/Dコンバータに対し、 1.8V （コンバータの2V入力電圧範囲の90%に相当）の出力が供給されます。 利得が＋ 1 の場合に− 3dB 帯域幅が 70MHz ですから、利得が 6 のとき の帯域幅は11.6MHzになります。帯域幅が11.6MHzの回路の時定数は 約 13.6nsですから、出力は約66ns（13.6ns ×4.9）以内に7 ビット精度で 収束します。1.8V ステップに要するスルー時間は約 12nsですから、ピ クセル有効時間 150ns のうち、78ns がスルー時間とセトリング時間に 費やされます。したがって、フラッシュ・コンバータの変換実行に残さ れた時間は、タイミング信号の時間誤差も含めてトータルで72nsとな ります。 SOT23-5 は、小型パッケージなので、移動型走査バーを採用したス キャナやコピー機でも、センサの直近に配置することができます。し たがって、センサ出力は増幅した後にメイン電子回路までケーブル伝 送されますから、ノイズの影響を抑制することができます。 ファとして働くため、ノイズの影響を低減し精度を高めることができ ます。 SOT23-3タイニー・パッケージに収められたLM4040高精度基準電圧 源およびLM385低電流基準電圧源も用意されており、さらに基板面積 の削減を図ることができます。 A/D 基準電圧源ドライバ LM7131は、その出力と駆動能力から、負荷が急変動するA/D基準電 圧源の駆動に適したデバイスといえます。小型SOT23-5パッケージは、 A/D 基準電圧ピンの間近に実装することができますから、最大限の応 答速度が得られ、基板面積も削減できます。この小型パッケージ化に より、A/D 基準電圧源に接続されていた大型のコンデンサに代えて LM7131 を実装できる場合もあります。LM7131 は基準電圧源のバッ ＋ 5V 単一電源によるケーブル駆動 LM7131は、＋5V単一電源動作時に、バック終端された75Ωビデオ・ ケーブル（150Ω 負荷）を容易に駆動することができます。Figure 2 ∼ Figure 4 を参照。したがって、ポータブル機器やパーソナル・デジタル 装置、 デスクトップ・ビデオ機器などのビデオ出力に最適のデバイスと いえます。 http://www.national.com ビデオ利得“＋ 2” LM7131は、利得“＋2”のビデオ増幅用に最適設計されています。微 分利得と微分位相のTypical値は、それぞれ0.25%と0.75度です。Figure 12 を参照。 ビデオ特性の改善 微分利得と微分位相は、 アクティブ・ビデオ信号レベル領域のボトム 電圧を 300mV 以上に固定することで改善することができます。sync 信号は、300mVを下回ってもビデオ品質を低下させることはありませ ん。ビデオ特性は、信号を AC 結合して出力電圧を少し高めにシフト することにより、大幅に改善することができます。＋ 5V 単一電源で 150Ω 負荷を駆動する場合、出力電圧範囲 2.0V ∼ 3.0V における微分利 得と微分位相はそれぞれ 0.07% と 0.3 度にすることが可能です。＋ 3V 単一電源の場合は、出力電圧範囲を 1.0V ∼ 2.0V に限定すべきです。 18 また、LM7131 は、グランド接続された 50Ω 負荷に対して 2V を超え る信号を駆動することができ、 ポータブル・テスト装置など50Ωシステ ムのドライバとしても使用できます。 サ、静止ビデオ・カメラ、ポータブル・スキャナなど、バッテリ駆動ビデ オ・アプリケーションでの使用に適しています。 ＋ 3V 単一電源によるケーブル駆動 LM7131 は、＋ 3V 単一電源動作時に、150Ω 負荷に対して 2V まで の信号を駆動することができ、カムコーダ、ポータブル・ビデオ・ミキ オーディオ / 高周波信号の処理 LM7131は、 ハイファイ・オーディオ信号処理にも威力を発揮します。 LM7131 は 5V 単一電源動作動作時に、150Ω 負荷に対して 2V（グラン ド基準）までの信号を駆動することができ、歪みは 4MHz まで 0.1% 以 下です。 2.5V バーチャル・グランド・システムでの＋ 5V 単一電源動作 ＋ 5V 単一電源動作のアナログ・システムでは、多くの場合“バー チャル・グランド” （信号処理用の基準電圧、通常 0V ∼＋ 5V）を使用 します。バーチャル・グランドは通常、2 つの電源電圧の中間電位に設 定し、＋ 5V システムでは＋ 2.5V、＋ 3V システムでは＋ 1.5V がバー チャル・グランドとなります。 LM7131 は、2.5V 基準電圧の負荷を駆動する単一電源 / バーチャル・ グランド・システムで使用することができます。 データシートの出力振 幅仕様には、＋ 3V および＋ 5V 電源においてバーチャル・グランドに 接続した 150Ω 負荷を駆動するときの出力電圧範囲が記載されていま す。そのリミット値からもわかるように、150Ωといった高負荷を駆動 する場合は、出力電圧範囲と電源電圧との差がダイオード 1 個分の差 （約 0.7V）に近付きます。したがって、＋ 5V システムでは比較的広い 出力電圧範囲が残されますが、 ＋3Vシステムの出力電圧範囲はいくら か狭くなります。この出力電圧範囲を広くするには、出力負荷をグラ ンドに接続する方法があり、これにより、出力の負方向の振幅範囲が 広がります。別な方法として、インピーダンスの高い負荷を使用する ことが挙げられます。出力振幅仕様には、グランドに接続された600Ω の負荷を駆動したときの出力電圧範囲（Typical 値）が記載されていま す。これらの Typ 値は 150Ω 負荷の場合と同様、LM7131 の最大 DC 特 性を示しています。 LM7131のシンク出力はソース能力よりも低めになります。これは、 0V に接続した負荷に比べ、2.5V に接続された負荷に流れる電流量が 少ないことを意味します。 良好な AC 特性を確保するためには、出力電圧が電源電圧に近接し ないようにする必要があります。 ＋5V電源で負荷のインピーダンスが 比較的高い場合（A/Dコンバータ入力）は、以下の基準が満たされてい れば良好な AC 精度（60dB 以上）が得られます。 正出力レベル― 正電源電圧（V ＋）よりも約 0.8V ∼ 1.0V 以上低いこと。 負出力レベル― 負電源電圧（V −）よりも約 200mV ∼ 300mV 以上高いこと。 LM7131 は、バーチャル・グランド・システムで 0V あるいは低電源 電圧を基準する出力負荷への出力デバイスとして最適なデバイスです。 また、サンプル / ホールド回路やオーディオ A/D コンバータといった 容量性負荷のドライバとしても最適です。フルスイングの出力振幅を 有する高速アンプが必要な場合は、当社の LM6142 のデータシートを 参照してください。 19 http://www.national.com LM7131 LM7131 の使用法（つづき） LM7131 LM7131 の使用法（つづき） D/A 出力アンプ LM7131 は高速 D/A コンバータの出力アンプとして使用することも できます。ただし、コンバータの出力範囲がLM7131の最大許容差動入 力電圧±2Vを超える場合は、 入力に保護ダイオードを付加する必要が あります（Figure 15参照） 。高速回路の場合は、低容量ショットキー・ダ イオードを勧めます。 また、 D/Aコンバータと保護ダイオードによって 入力容量が増大するため、場合によっては帰還コンデンサの容量を大 きくする必要があります。また、電流出力 D/A コンバータと組み合わ http://www.national.com せると、入力バイアス電流によって出力に DC オフセットが生じる場 合がありますが、正入力とグランド間に抵抗を付加することで、この オフセットを相殺することができます。 SPICE マクロモデル LM7131、および当社の数多くのオペアンプには、SPICE マクロモ デルが用意されています。必要な場合は当社営業代理店にご連絡くだ さい。無料で提供します。 20 LM7131 SOT23‐5 Tape and Reel Specification 21 http://www.national.com LM7131 SOT23‐5 Tape and Reel Specification（つづき） http://www.national.com 22 LM7131 外形寸法図 特記のない限り inches(millimeters) 23 http://www.national.com LM7131 高速単一電源仕様タイニー・オペアンプ 外形寸法図 特記のない限り inches(millimeters) (つづき) 8-pin Small Outline Oder Number LM7131ACM or LM7131BCM NS Package Number MA08A 生命維持装置への使用について 弊社の製品はナショナル セミコンダクター社の書面による許可なくしては、 生命維持用の装置またはシステム内の重要な部品として使用す ることはできません。 1. 生命維持用の装置またはシステムとは（a）体内に外科的に使用さ れることを意図されたもの、または（b）生命を維持あるいは支持す るものをいい、 ラベルにより表示される使用法に従って適切に使用 された場合に、 これの不具合が使用者に身体的障害を与えると予想 されるものをいいます。 2. 重要な部品とは、 生命維持にかかわる装置またはシステム内のすべ ての部品をいい、 これの不具合が生命維持用の装置またはシステム の不具合の原因となりそれらの安全性や機能に影響を及ぼすことが 予想されるものをいいます。 ナショナル セミコンダクター ジャパン株式会社 本 社／〒 135-0042 東京都江東区木場 2-17-16 TEL.(03)5639-7300 製品に関するお問い合わせはカスタマ・レスポン ス・センタのフリーダイヤルまでご連絡ください。 フリーダイヤル http://www.nsjk.co.jp/ 0120-666-116 にやさし ゅう い き ち み どり をまも る この紙は再生紙を使用しています 本資料に掲載されているすべての回路の使用に起因する第三者の特許権その他の権利侵害に関して、弊社ではその責を負いません。また掲載内容 は予告無く変更されることがありますのでご了承下さい。 IMPORTANT NOTICE