Peu bruyant, sobre, dis­cret… l’am­pli op évo­lue dans de mul­tiples di­rec­tions

Brique in­con­tour­nable de la chaîne de si­gnal, l’am­pli­fi­ca­teur opé­ra­tion­nel évo­lue afin de ré­pondre à de nou­velles exi­gences en termes de pré­ci­sion, de consom­ma­tion, de fac­teur de forme… En té­moignent quelques pro­duits ré­cem­ment in­tro­duits par dif­fé­rents s

Electronique S - - La Une - PHI­LIPPE CORVISIER

Plus que cin­quan­te­naire, le vé­né­rable am­pli­fi­ca­teur opé­ra­tion­nel ( AOP) jouit d’une po­pu­la­ri­té ja­mais dé­men­tie. De fait, cette brique in­con­tour­nable de la chaîne de si­gnal fi­gure au ca­ta­logue de nom­breux spé­cia­listes des cir­cuits in­té­grés ana­lo­giques, qui s’éver­tuent à en bo­ni­fier les ca­rac­té­ris­tiques sta­tiques et dy­na­miques afin de ré­pondre à de nou­veaux be­soins. À cet égard, les avan­cées réa­li­sées dans les do­maines des pro­cé­dés de fa­bri­ca­tion et des ar­chi­tec­tures ont eu un fort im­pact sur les per­for­mances (pré­ci­sion, vi­tesse, consom­ma­tion…) des am­plis op. Plu­sieurs so­cié­tés ont ré­cem­ment in­tro­duit des cir­cuits de grande qua­li­té qui té­moignent des pro­grès réa­li­sés. Ain­si en est-il de Rohm qui a pro­cé­dé à l’échan­tillon­nage du LMR1802G-LB, un am­pli op pré­sen­té comme étant l’un des moins bruyants de sa ca­té­go­rie. Des ré­sul­tats im­pu­tables à la fois à la concep­tion du cir­cuit (no­tam­ment au ni­veau de l’étage dif­fé­ren­tiel d’en­trée), au pro­cé­dé tech­no­lo­gique adop­té et à l’im­plan­ta­tion phy­sique. Cet AOP Cmos s’adresse aux ap­pli­ca­tions in­dus­trielles né­ces­si­tant une grande pré­ci­sion de dé­tec­tion. La so­cié­té cite no­tam­ment les équi­pe­ments de me­sure uti­li­sant un so­nar et les cap­teurs op­tiques, pour les­quels les si­gnaux mis en jeu sont de très faible am­pli­tude.

Le LMR1802G-LB af­fiche une den­si­té spec­trale de bruit ré­fé­ren­cée à l’en­trée de 2,9 et 7,8 nV/ Hz, à 1 kHz et à 10 Hz res­pec­ti­ve­ment. Par rap­port à ses com­pé­ti­teurs, le gain se­rait ap­proxi­ma­ti­ve­ment d’un fac­teur deux. La ten­sion de dé­ca­lage à l’en­trée est de 5 μV et 450 μV, en va­leurs ty­pique et maxi­male, alors que le cou­rant de po­la­ri­sa­tion li­mi­té à 0,5 pA (typ.) mi­ni­mise les er­reurs dans le cas de cap­teurs à haute im­pé­dance. Une marge de phase de 68 de­grés et une charge ca­pa­ci­tive to­lé­rée de 500 pF donnent d’ex­cel­lentes ga­ran­ties quant à la sta­bi­li­té de l’am­pli­fi­ca­teur (pas de com­por­te­ment os­cil­la­toire). Le LMR1802G-LB fonc­tionne à par­tir d’une ten­sion d’ali­men­ta­tion com­prise entre 2,5 V et 5,5 V (ou de ± 1,25 V à ± 2,75 V), dans la gamme de tem­pé­ra­ture - 40 °C à + 125 °C. Il est en­cap­su­lé dans un boî­tier SSOP5 dont les di­men­sions sont de 2,9 x 2,8 x 1,25 mm.

L’ am­pli opé­ra­tion­nel se mi­nia­tu­rise

Avec son TLV9061, Texas Ins­tru­ments mise pour sa part sur la dis­cré­tion. La par­ti­cu­la­ri­té de cet am­pli op est en ef­fet liée à son em­preinte dé­ri­soire sur la carte. Il est ain­si condi­tion­né dans un boî­tier X2SON à 5 broches, dont les di­men­sions sont de 0,8 x 0,8 mm, pour une épais­seur de 0,4 mm. Un tel fac­teur de forme est à rap­pro­cher de ceux des tra­di­tion­nels boî-

tiers SOT-23 (2,9 x 1,6 mm) et SC70 (2 x 1,25 mm), des op­tions éga­le­ment pro­po­sées pour le TLV9061. Ce der­nier est un am­pli op Cmos à en­trée/sor­tie rail-à-rail, stable au gain uni­té, dont la ten­sion d’ali­men­ta­tion est com­prise entre 1,8 V et 5,5 V. Par­mi ses ca­rac­té­ris­tiques sta­tiques et dy­na­miques : une ten­sion de dé­ca-

lage à l’en­trée de ±0,3 mV (typ.), un pro­duit gain-bande de 10 MHz, un slew rate (vi­tesse de ba­layage) de 6,5 V/μs et une den­si­té spec­trale de bruit de 10 nV/ Hz à 10 kHz. Le cou­rant de re­pos est de 538 μA (typ.). Ajou­tons la pré­sence d’un filtre IEM à l’en­trée et la dis­po­ni­bil i té de ver­sions à deux (TLV9062) et à quatre am­pli­fi-

ca­teurs (TLV9064). An­non­cé cet été, le TSB712A de STMi­croe­lec­tro­nics fait quant à lui montre d’une grande sta­bi­li­té de ses pa­ra­mètres sur de larges plages de ten­sion et de tem­pé­ra­ture. Ce double am­pli op BiC­mos, à en­trée et sor­tie rail-à-rail, est conçu pour fonc­tion­ner à par­tir d’une ali­men­ta­tion unique, com­prise entre 2,7 V et 36 V, ou double de ± 1,35 V à ± 18 V. Spé­ci­fié entre - 40 °C et + 125 °C, il per­met­tra de réa­li­ser une grande va­rié­té de fonc­tions : fil­trage, dé­tec­tion de cou­rant cô­té haut/bas, ac­qui­si­tion de don­nées, in­ter­fa­çage avec des cap­teurs à ef­fet Hall, com­mande d’ac­tion­neurs, etc. Par­mi les ca­rac­té­ris­tiques prin­ci­pales du TSB712A : un pro­duit gain-bande de 6 MHz, un slew rate de 3 V/μs, une ten­sion de dé­ca­lage à l’en­trée de ± 300 μV (max. à 25 °C), af­fec­tée d’une dé­rive de 2,8 μV/°C (max.), une ten­sion de bruit de 12 nV/ Hz, une to­lé­rance de 2 kV (mo­dèle de corps hu­main) vis-à-vis des dé­charges élec­tro­sta­tiques. Pour mi­ni­mi­ser la sen­si­bi­li­té aux in­ter­fé­rences dans l es en­vi­ron­ne­ments in­dus­triels ou au­to­mo­biles brui­tés, ou lorsque des équi­pe­ments RF sont à proxi­mi­té, un filtre IEM est in­clus. Le TSB712A est en­cap­su­lé dans un boî­tier mi­niSO8 stan­dard. La so­cié­té pro­pose éga­le­ment le TSB7192A, qui est une ver­sion non com­pen­sée en fré­quence (l’am­pli n’est alors plus stable au gain uni­té) du pré­cé­dent. De fait, son pro­duit gain- bande grimpe jus­qu’à 22 MHz, avec des ca­rac­té­ris­tiques de bruit et de consom­ma­tion com­pa­rables.

Des am­plis à dé­rive nulle en­core moins éner­gi­vores

Pour s a par t , le MAX40018 de Maxim Integrated est un mo­dèle cré­di­té d’une so­brié­té exem­plaire. Ce double am­pli op se contente en ef­fet de 400 nA (typ.) par ca­nal. Il cible tout na­tu­rel­le­ment l es équi­pe­ments por­tables ti­rant l eur éner­gie d’une bat­te­rie : wea­rables, ta­blettes et no­te­books, ap­pa­reils mé­di­caux por­tables… Le cir­cuit peut être ali­men­té à par­tir de la même ten­sion (1,8 V, 2,5 V, 3,3 V) que celle qui est dis­pen­sée au mi­cro­con­trô­leur. Le MAX40018 à sor­ties rail-à-rail offre no­tam­ment un pro­duit gain-bande de 9 kHz et est stable au gain uni­té. Il existe sous deux formes : l ’ une en boî­tier WLP- 8 de 1,63 x 0,91 x 0,5 mm, l’autre en boît i e r TDFN- 8 de 3 x 3 x 0,75 mm. Du cô­té des am­pli­fi­ca­teurs opé­ra­tion­nels à dé­rive nulle (ou plus exac­te­ment qua­si-nulle), deux cir­cuits basse consom­ma­tion ont été in­tro­duits l’an der­nier. Le pre­mier est le LTC2063 d’Ana­log De­vices, dont le cou­rant de re­pos n’ex­cède pas 2 μA (1,3 μA en va­leur ty­pique), à vide et sous une ten­sion d’ali­men­ta­tion de 1,8 V. La pré­ci­sion de cet am­pli­fi­ca­teur n’en reste pas moins ex­cel­lente. Ain­si, la ten­sion de dé­ca­lage à l’en­trée, qui est de ± 5 μV (max.) à + 25 °C, est su­jette à

une dé­rive de seule­ment ± 0,06 μV/°C (max.) entre - 40 °C et + 125 °C. Cet am­pli op à au­to­ca­li­brage est par ailleurs ca­rac­té­ri­sé par un cou­rant de po­la­ri­sa­tion d’en­trée de ± 15 pA (max.) à + 25 °C et de ± 100 pA (max.), sur toute la plage de tem­pé­ra­ture de fonc­tionne- ment in­di­quée pré­cé­dem­ment. Ces ca­rac­té­ris­tiques font que, dans la boucle de re­tour, l’uti­li­sa­tion de ré­sis­tances de forte va­leur est en­vi­sa­geable. Ce qui contri­bue­ra à main­te­nir un ni­veau de consom­ma­tion très bas. Le LTC2063 offre des E/S rai­là-rail. Il ac­cepte une ten­sion d’ali­men­ta­tion unique, com­prise entre 1,7 V et 5,25 V. Son pro­duit gain-bande est de 20 kHz et son slew rate de 3,5 V/ms. Avec peu de bruit en 1/f, le LTC2063 sied à l’am­pli­fi­ca­tion et au condi­tion­ne­ment de si­gnaux BF. En­fin, la pré­sence d’un filtre IEM in­terne pro­cure une at­té­nua­tion des in­ter­fé­rences élec­tro­ma­gné­tiques de 114 dB à 1,8 GHz. Le cir­cuit est dis­po­nible en boî­tiers SOT-23 et SC70, dans les gammes de tem­pé­ra­ture - 40 °C à + 85 °C et -40°C à +125°C. La dé­cli­nai­son au for­mat SC70 dis­pose d’une sixième broche pour désac­ti­ver l’am­pli­fi­ca­teur lorsque ce­lui- ci n’est pas re­quis. Au­quel cas la consom­ma­tion chute à des ni­veaux in­fimes (90 nA typ.). Le LPV821 de Texas Ins­tru­ments se montre en­core plus fru­gal que le pou­lain d’Ana­log De­vices. Cet am­pli Cmos à en­trée/ sor­tie rail-à-rail se sa­tis­fait en ef­fet de 650 nA (typ.) et 790 nA (max.). Il met en oeuvre une tech­nique d’au­to- ca­li­brage pro­prié­taire, afin de pré­sen­ter une faible ten­sion de dé­ca­lage à l’en­trée (± 1,5 μV typ., ± 10 μV max.), pour une dé­rive de ± 0,096 μV/°C (max.). Le cou­rant de po­la­ri­sa­tion à l’en­trée de ± 7 pA (typ. à 25 °C) convient aux cap­teurs à haute im­pé­dance, mais aus­si aux confi­gu­ra­tions d’am­pli­fi­ca­teurs dont les ré­sis­tances de contre-réac­tion sont de l’ordre du még­ohm. Par­mi les autres ca­rac­té­ris­tiques du cir­cuit : un pro­duit gain-bande de 8 kHz, un slew rate de 3,3 V/ms, une ten­sion de bruit de 3,9 μVc-à-c entre 0,1 Hz et 10 Hz, une den­si­té s pec­trale de br ui t de 215 nV/ Hz à 100 Hz. Le LPV821 fonc­tionne à par­tir d’une ten­sion d’ali­men­ta­tion com­prise entre 1,7 V et 3,6 V. Il est en­cap­su­lé dans un boî­tier SOT-23 à cinq broches.

Dans son boî­tier X2SON de 0,8 mm de cô­té, le TLV9061 de Texas Ins­tru­ments est le plus dis­cret du mar­ché.

 Le TSB712A de STMi­croe­lec­tro­nics ac­cepte une ten­sion d’ali­men­ta­tion com­prise entre 2,7 V et 36 V et est spé­ci­fié dans une gamme de tem­pé­ra­ture éten­due.

< Peu bruyant, le LMR1802G- LB de Rohm cible les ap­pli­ca­tions in­dus­trielles né­ces­si­tant la dé­tec­tion pré­cise de pe­tits si­gnaux.

 Le LTC2063 d’Ana­log De­vices est un am­pli opé­ra­tion­nel à dé­rive nulle, cré­di­té d’une faible consom­ma­tion.

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