融合罗姆三大模拟技术优势开发而成的——低噪声CMOS运算放大器

时间:2018-07-12 14:15来源:罗姆半导体集团

摘要:近年来,随着IoT的普及,为实现更高性能并进行高级控制,包括移动设备在内,汽车、工业设备等所有应用中均搭载了诸多传感器。传感器是将各种环境、物理变化转换为信号的元器件,要求具备高精度,而同时在节能化(省电化)的大趋势下,传感器外围电路的电压呈日益降低趋势。

近年来,随着IoT的普及,为实现更高性能并进行高级控制,包括移动设备在内,汽车、工业设备等所有应用中均搭载了诸多传感器。传感器是将各种环境、物理变化转换为信号的元器件,要求具备高精度,而同时在节能化(省电化)的大趋势下,传感器外围电路的电压呈日益降低趋势。
 
另一方面,运算放大器被配置于传感器后端,用来将传感器输出信号放大,传感器输出多为微小的模拟信号,为了高精度地传输信号,对运算放大器自身的噪声要求已经越来越严苛。
 
ROHM通过发挥模拟设计技术和独有的工艺等垂直统合型生产体制优势,去年面向车载市场开发出超强抗噪声(抗外部噪声性能优异)运算放大器,此次则面向工业设备及家电等领域开发出低噪声(电子电路产生的噪声少)运算放大器。
 
 
 
 
 
全球知名半导体制造商ROHM(总部位于日本京都)面向处理微小信号的光传感器、声纳及硬盘中使用的加速度传感器等需要高精度感测的工业设备应用,开发出低噪声CMOS*1运算放大器“LMR1802G-LB”。
 
LMR1802G-LB融合ROHM的“电路设计”、“工艺”、“布局”三大模拟技术优势开发而成,是一款等效输入电压噪声密度(以下简称“噪声性能”)仅为市场流通产品(以下简称“传统产品”)的1/2左右(1kHz 时2.9nV/√Hz,10Hz 时7.8nV/√Hz)、低噪声性能具有绝对优势、传感器信号检测性能显著提升的运算放大器。另外,与低噪声性能呈矛盾关系的相位裕量和容性负载驱动也分别实现了强大性能(相位裕量68°,容性负载500pF),还是一款具备强大低噪声性能,并具有卓越的稳定性(不易振荡,易于操作)的运放产品。这使得准确地放大仅几µV的电压也成为可能,非常有助于促进需要高精度感测的工业设备以及家电发展。
 
本产品从2018年6月开始出售样品(样品价格:500日元/个,不含税),预计于2018年10月开始暂以月产50万个的规模投入量产。前期工序的生产基地为ROHM Hamamatsu Co.,Ltd.(日本滨松市),后期工序的生产基地为ROHM Integrated Systems (Thailand) Co., Ltd.。同时,新产品在AMEYA360、Right IC、Mouser开始网售。
 
未来ROHM还会将低噪声运算放大器开发技术应用到本公司的其他产品中,不断为实现应用的更高精度和系统的更高可靠性贡献力量。
 
低噪声且更易用,低噪声CMOS运算放大器
新产品作为融合ROHM的“电路设计(差分输入级新电路)”、“布局(多年积累的模拟布局)”、“工艺(为了低噪声而优化)”三大模拟技术优势开发而成的低噪声CMOS运算放大器,等效输入电压噪声密度实现1kHz 时2.9nV/√Hz、10Hz 时7.8nV/√Hz,与市场流通品相比,噪声量仅为1/2左右,低噪声性能具有绝对优势。
 
另外,以往在追求运算放大器的低噪声性能时,存在相位裕量和容性负载特性恶化、容易振荡等电路设计方面的难题。而ROHM通过在运算放大器的差分输入级采用新电路,不仅实现了强大的低噪声性能,还同时实现了68°相位裕量和500pF容性负载驱动。
 
这使得传感器信号检测性能显著提升(例如提高至传统产品的2倍等),仅几µV的电压也可准确地放大,非常有助于以“高精度”为关键词的搭载传感器的设备实现更高性能。
 
 
 
引发误差的输入失调电压和输入偏置电流也力求极小化
运算放大器当输入电压为0V时输出电压应为0V,不过因其结构方面的原因将产生失调电压而出现误差。另外,当传感器输出的阻抗较高时,如果运算放大器的输入偏置电流较大,则将影响到传感器输出电压。这两个特性作为导致运算放大器误差的主要因素,要求其值要尽量小。
 
新产品的输入失调电压仅为450µV(传统产品的1/4),输入偏置电流仅为0.5pA(传统产品的1/2),从减少误差的角度看也可实现高精度放大。
 
 
 
<应用示例>
 
■ 搭载声纳和光传感器的测距设备
■ 安保设备、红外线遥控器及夜视装置等搭载红外传感器的设备
■ 硬盘等精密工作设备
■ 流量计、气体检测仪等设备管理装置
■ 其他搭载传感器并需要高精度检测的工业设备、消费电子设备
 
<产品规格其他数据>

 
 
 
<术语解说>
*1) CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor的缩写,互补型MOS的简称)
与Bipolar相比,具有输入电流小、适合低电压工作的特点。

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