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업계 최고의 저잡음 CMOS OP 앰프 「LMR1802G-LB」 개발

광 센서 및 소나 (Sonar) 등, 고정밀도 센싱이 필요한 산업기기의 진화에 기여

개요

로옴 (ROHM) 주식회사 (본사 : 교토 / www.rohm.co.kr)는 미세 신호를 취급하는 광 센서 및 소나 (sonar), 하드디스크에서 사용되는 가속도 센서 등, 고정밀도 센싱이 필요한 산업기기 어플리케이션용으로, 업계 최고의 저잡음 CMOS*1 OP 앰프 「LMR1802G-LB」를 개발했다.

LMR1802G-LB는 로옴의 「회로 설계」「프로세스」「레이아웃」의 3가지 아날로그 기술을 융합하여, 입력 환산 노이즈 전압 밀도 (이하, 노이즈 성능)에서 시장 유통 제품 (이하, 기존품)에 비해 약 1/2 (1kHz일 때 2.9nV/√Hz, 10Hz일 때 7.8nV/√Hz)의 압도적으로 낮은 노이즈 성능을 실현함으로써, 센서 신호의 검출 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 OP 앰프이다. 또한, 낮은 노이즈 성능과 트레이드오프 관계인 위상 마진과 용량성 부하의 구동도 각각 업계 최고 수준의 성능 (위상 마진 68°, 용량성 부하 500pF)을 실현하여, 업계 최고의 낮은 노이즈 성능을 실현함과 동시에, 높은 안정성을 지닌 (잘 발진되지 않아 취급이 용이) 제품이다. 이에 따라, 수 µV의 전압도 정확히 증폭시킬 수 있으므로 고정밀도 센싱이 필요한 산업기기 및 가전의 진화에 기여한다.

본 제품은 2018년 6월부터 샘플 (샘플 가격 500엔/개 : 세금 불포함）출하를 개시하였으며, 2018년 10월부터 월 50만개의 생산 체제로 양산을 개시할 예정이다. 생산 거점은 전공정 로옴 하마마츠 주식회사 (하마마츠), 후공정 ROHM Integrated Systems (Thailand) Co., Ltd.이다. 아울러 부품 온라인 유통 업체를 통한 인터넷 판매를 개시하여, Mouser를 비롯하여 chip 1 stop, Corestaff, RS Components 등에서 구입 가능하다.

앞으로도 로옴은 저잡음 OP 앰프 개발 기술을 자사의 타 제품에도 전개하여, 어플리케이션의 고정밀도화와 시스템의 고신뢰화에 기여해 나갈 것이다.

배경
최근 IoT의 확대에 따라, 모바일 기기를 비롯하여 자동차 및 산업기기 등 모든 어플리케이션에서 고기능 및 고도의 제어를 위한 센서가 탑재되고 있다. 센서는 다양한 환경 및 물리적인 변화를 신호로 변환하는 디바이스로, 고정밀도가 요구됨과 동시에 저전력화에 따른 센서 주변 회로의 저전압화도 추진되고 있다.

한편, OP 앰프는 센서의 후단에 배치된 센서 출력 신호를 증폭한다. 센서 출력 신호는 미세한 아날로그 신호가 많으므로, 신호를 고정밀도로 전달하기 위해 OP 앰프가 지닌 노이즈에 대한 요구는 더욱 까다로워지고 있다.

로옴은 아날로그 설계 기술 및 독자적인 프로세스 등 수직 통합형 생산 체재를 활용함으로써, 작년에 자동차기기용으로 높은 노이즈 내성 (외부로부터의 노이즈에 강한) OP 앰프를 개발하였으며, 이번에는 산업기기 및 가전용으로 업계 최고의 저잡음 (전자회로에서 발생하는 노이즈가 적은) OP 앰프를 개발했다.

특징
1. 낮은 노이즈로 사용이 용이한 업계 최고 성능의 저잡음 CMOS OP 앰프
본 제품은 「회로 설계 (차동 입력단의 신 회로)」「레이아웃 (장기간에 걸쳐 축적해온 아날로그 레이아웃)」「프로세스 (저잡음용으로 최적화)」의 로옴의 3가지 아날로그 기술을 융합하여 개발한 저잡음 CMOS OP 앰프이다. 입력 환산 노이즈 전압 밀도에서 1kHz일 때 2.9nV/√Hz, 10Hz일 때 7.8nV/√Hz를 달성, 시장 유통 제품 대비 노이즈량을 약 1/2로 줄여, 압도적으로 낮은 노이즈 성능을 실현했다.

또한, 기존에는 OP 앰프의 낮은 노이즈 성능을 추구하는 경우, 위상 마진과 용량성 부하 특성이 악화되어 발진되는 등 회로 설계 상 어려움이 있었다. 그러나, OP 앰프의 차동 입력단에 새로운 회로를 도입함으로써, 업계 최고의 저잡음 성능을 실현함과 동시에 업계 최고 수준의 위상 마진 68°와 용량성 부하의 구동 500pF을 실현했다.

이에 따라, 센서 신호의 검출 성능을, 예를 들어 기존품의 2배로 대폭 향상시켜 수 µV의 전압도 정확히 증폭할 수 있으므로, 고정밀도가 키워드인 센서 탑재 기기의 고기능화에 기여한다.

2. 오차가 되는 입력 오프셋 전압과 입력 바이어스 전류 극소화
OP 앰프는 구조 상, 입력전압 0V 시 출력전압도 0V가 되어야 하지만, 오차로서 오프셋 전압이 발생하게 된다. 또한, 센서 출력의 임피던스가 높은 경우에 OP 앰프의 입력 바이어스 전류가 크면, 센서 출력전압에 영향을 미치게 된다. 이러한 2가지 특성은 OP 앰프의 오차 요인으로서 낮은 수치가 요구된다.

신제품은 입력 오프셋 전압을 450µV (기존품의 1/4), 입력 바이어스 전류를 0.5pA (기존품의 1/2)로 억제하여 오차 저감의 관점에서도 고정밀도 증폭을 가능하게 한다.

어플리케이션 예
■ 소나 및 광 센서를 탑재하는 거리 계측 기기
■ 보안 기기 및 적외선 리모컨, 적외선 투시장치 등의 적외선 센서 탑재 기기
■ 하드디스크 등의 정밀 동작 기기
■ 유량계 및 가스 검지기 등의 설비 관리 기기
■ 기타, 센서를 탑재하여 고정밀도 검출을 필요로 하는 산업기기, 민생기기

사양

ROHM 소개
반도체 메이커 「ROHM (로옴)」의 사명은 창업 당시의 생산 품목인 저항기 (Resistor)의 첫 글자 「R」과 저항치 단위 Ω「ohm」을 조합한 것입니다. 「R」은 신뢰성 (Reliability)의 뜻도 내포하고 있으며, 이는 품질을 제일로 하는 로옴의 방침을 나타냅니다. 로옴은 창업 이래 「기업 목적」을 바탕으로, 양질의 상품 공급 및 제조 활동을 통해 문화의 진보 향상에 기여해 왔습니다. 경영 환경은 크게 변화하고 있지만, 이러한 로옴의 기본 개념은 변하지 않고 로옴의 DNA로서 계승되고 있습니다. 이러한 불변의 기업 목적을 다시금 인식함과 동시에, 새로운 사회 기반에서 로옴의 사명을 명확히 하기 위해 「Statement」와 「경영 비전」을 책정하였습니다. 앞으로도 로옴은 「일렉트로닉스 기술을 통해 사회의 다양한 과제를 해결하고, 미래를 위해 인류의 풍요로운 생활과 사회의 발전에 기여」하기 위해 노력할 것입니다.