多数のメーカーと数千の製品があるため、特定の数量を正確に計算することは困難です。これには、電気パラメータ、温度定格、またはパッケージ形式がわずかに異なる、ベース モデルから派生したバリアントは含まれません。
これらの基本的でシンプルかつ汎用性の高いアナログ コンポーネントは、信号処理シミュレーション フロントエンド (AFE)、フィルター、センサー インターフェイスで重要な役割を果たします。回路には実装すべき機能がすでに多くありますが、エッジ人工知能 (AI)、インテリジェント コントローラー、および現実世界と対話する必要があるその他の無数のアプリケーションの出現により、機能要件のリストはさらに長くなります。
十分なミッドエンドからハイエンドの精度まで、市場で入手可能なオペアンプの全範囲を考慮すると、新しい製品はもう必要ないと容易に推測できます。しかし、最近リリースされた新製品は、この仮定がいかに単純であるかを再び示しました。
超低ドリフトを実現する最新のオペアンプの革新
過去 1 年間で、主流および中堅のサプライヤーは数十の新しいオペアンプを発売しました。これらの中には、高電圧オペアンプや電気的に絶縁されたオペアンプなど、高度に特殊化された製品もありますが、ほとんどは依然として一般的なアーキテクチャであり、一部の仕様で大幅に最適化されているだけです。
最近リリースされた次の 3 つのオペアンプは、超低ドリフト特性を備えています。
Analog Devices MAX74810ARMZ-RL：時間、温度、電圧の変動に対して高い総合精度を維持する、低ノイズ、接地誘導入力およびレールツーレール出力を備えたチョッパー安定、低消費電力、デュアルチャネル、ゼロドリフトオペアンプ
STMicroelectronics TSZ901IYLT: AEC-Q100によって認定された同社のTSZシリーズに属するオペアンプで、ほぼゼロのドリフトと超低オフセット電圧を備えており、どちらも高性能センサーの信号調整の重要な特性です。
Texas InstrumentsのTLV488PWR：36V、14MHzチョッパー安定、ゼロドリフト、4チャンネル、マルチプレクサ対応CMOS高精度オペアンプ
サプライヤーとデザイナーの間に共通するジレンマ
この種の非常に人気のあるデバイスでは、サプライヤーとユーザーの両方が従来のオペアンプに対して複雑かつ矛盾した態度をとります。サプライヤーは、これらのレガシー デバイスは収益性が高く、製造プロセスとテスト プロセスが予測可能であるため、生産を継続したいと考えています。ユーザーがそれらを必要とするのは、そのパフォーマンスとニュアンスを理解しているからです。同時に、双方は、サプライヤーにとっての長期的な市場拘束と、ユーザーにとってのシステムパフォーマンスの向上という、新製品の潜在的な利点を得ることを望んでいます。
オペアンプは機能的には単純な基本モジュールですが、多数の重要で、多くの場合非常に微妙な性能パラメータが含まれています。必要なテストとそれに続くデータ分析は高度に自動化されていますが、これらの取り組みを開始、完了し、文書化するために必要な時間と労力は依然として多大です。
MAX74810ARMZ-RL (図1)に示すように、完全にテストするのが難しい重要なパラメータの1つは、温度による入力バイアス電流(IB)の変動特性です。
図1: MAX74810ARMZ RLの温度に対するIB曲線。これらの曲線は、正確な AFE 設計者にとって重要です。画像出典: アナログ・デバイセズ)
オペアンプの仕様は通常、数千のテスト対象デバイスの入力スキュー電圧 (VIO) 分布統計を提供します。これらのプロット (TSZ901IYLT の図 2 など) は、ユーザーにサプライヤーの生産プロセスが安定していて管理可能であるという確信を与え、それによってシミュレーションの信頼性と設計の信頼性を大幅に向上させます。
図 2: TSZ901IYLT の VIO 分布図は、設計者に製造プロセスが厳密に管理されていると信じさせます。画像出典: STマイクロエレクトロニクス)
サプライヤーは、一部のパラメーターの最大 (または最小) 値も指定する必要があります。これは、標準値は予備的な推定にのみ使用され、Spice などのツールによる完全なシステム分析の要件を満たしていないためです。 TLV488PWR の図 3 などのオペアンプのパラメータ表には、厳密なエンジニアリング評価をサポートするために、全温度範囲にわたる標準値と最大値が示されています。これらのパラメータは通常、オフセット電圧や入力バイアス電流などのパラメータの代表値を含む表形式で表示されます。
図 3: TLV488PWR などのデバイスの厳密な設計評価には、標準値と最大値が必要です。オペアンプのサプライヤーは、必要に応じて表形式で提供します。画像出典: テキサス・インスツルメンツ)
サプライヤーが新製品を発売するメリットは何ですか?
このような巨額の研究開発投資とコストはサプライヤーにとって価値があるのでしょうか?全体として、答えは「はい」です。成功したシミュレータは、多くの場合、長年にわたって一貫して安定した収益をもたらします。サプライヤーが機能、特性、性能仕様の正確な組み合わせを実現し、顧客の成功した製品と一致する場合、オペアンプは現行および次世代の設計で使用される可能性があります。最終的には、従来の推奨モデルに代わるモデルが実現されます。
成熟したデバイスを交換するのは簡単ではありません。プロセッサーとは異なり、信頼性の高いオペアンプは、一度採用されると、簡単には交換されず、長期間使用されるのが一般的です。では、なぜ設計者は古くて比較的性能の悪いオペアンプを新しいモデルに置き換えることに消極的なのでしょうか?
その理由は、アナログ機器はデジタル機器に比べて、デザインやレイアウト、製造プロセスにおける微妙な特徴や個体差の影響を受けやすいためです。経験豊富なアナログ回路設計者は、十分な理由がない限り、新しいデバイスを簡単に交換したくなく、学習と検証のコストを負担します。デジタル志向のデザイナーは、シミュレーションの詳細にまで踏み込むことに消極的です。彼らの一般的な考え方は、「十分である限り、変更せずにプロジェクトを進め続ける」です。
サプライヤーとデザイナーにとって、新製品には他にも長期的な利点があります。
成熟した製造およびテストプロセスにより、生産および供給のリスクが大幅に軽減されます。
製造技術の向上と歩留まりの向上は、サプライヤーの利益の増加につながります。
部品は多くの OEM 設計者の承認ベンダーおよびコンポーネント リストに掲載されているため、同社は部品を製品部品表 (BOM) に追加する際に心配する必要はありません。
この「交換が容易ではない」設計コンセプトの典型的な例は、特殊なオペアンプ トポロジーである Burr Brown INA133 計器用アンプです。このデバイスは 1998 年頃に導入され、Texas Instruments の INA133UA/2K5 (2000 年に Burr-Brown が買収されたときに買収) など、現在でもさまざまなパッケージとグレードが提供されています。
もちろん、オペアンプには新旧の製品が数多く存在するため、特定の用途に最適なモデルをいかに選択するかが大きな課題となります。少数の信頼できるサプライヤーから始めるデザイナーもいますが、業界の経験に頼るデザイナーもいます。 AI は、必要なパラメーター、期待されるパラメーター、その他のパラメーターの最小値/最大値を入力することで、ここで役立つ可能性があります。これにより、優先順位でソートされた適切なオペアンプのリストが返されます。
これは良いエントリーポイントですが、選択肢を絞り込んでこれらのデバイスの微妙な違いを実際に理解するには、ドキュメントを調べてベンダーの担当者と 1 対 1 でやり取りするより良い方法はありません。