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2180AL08-U

器件型号:2180AL08-U
器件类别:半导体    模拟混合信号IC   
厂商名称:THAT Corporation
厂商官网:http://www.thatcorp.com/
标准:
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器件描述

Audio Amplifiers Pre-Trimmed VCA SIP-8

参数
产品属性属性值
Product AttributeAttribute Value
制造商:
Manufacturer:
THAT Corporation
产品种类:
Product Category:
Audio Amplifiers
RoHS:YES
系列:
Series:
2180
产品:
Product:
Operational Amplifiers
安装风格:
Mounting Style:
Through Hole
封装 / 箱体:
Package / Case:
SIP-8
最小工作温度:
Minimum Operating Temperature:
0 C
最大工作温度:
Maximum Operating Temperature:
+ 70 C
封装:
Packaging:
Tube
Supply Type:Dual
商标:
Brand:
THAT
Number of Channels:1 Channel
Shutdown:No Shutdown
Dual Supply Voltage:+/- 15 V
GBP - Gain Bandwidth Product:20 MHz
Ib - Input Bias Current:10 nA
Maximum Dual Supply Voltage:+/- 18 V
Minimum Dual Supply Voltage:+/- 4 V
工作电源电流:
Operating Supply Current:
4 mA
工作电源电压:
Operating Supply Voltage:
+/- 4 V to +/- 18 V
Output Current per Channel:1.5 mA
Pd-功率耗散:
Pd - Power Dissipation:
330 mW
产品类型:
Product Type:
Audio Amplifiers
SR - Slew Rate:12 V/us
工厂包装数量:
Factory Pack Quantity:
25
子类别:
Subcategory:
Audio ICs
商标名:
Tradename:
Blackmer
Vos - Input Offset Voltage:5 mV
单位重量:
Unit Weight:
0.023986 oz

2180AL08-U器件文档内容

                                                                                               Blackmer® Pre-Trimmed IC

                                                                                          Voltage Controlled Amplifiers

                                                                                          THAT 2180A, 2180B, 2180C

                     FEATURES                                                                  APPLICATIONS

•    Wide Dynamic Range: >120 dB                                                   •  Faders

•    Wide Gain Range: >130 dB                                                      •  Panners

•    Exponential (dB) Gain Control                                                 •  Compressors

                                                                                   •  Expanders

•    Low Distortion: < 0.01 % (2180A)

                                                                                   •  Equalizers

•    Wide Gain-Bandwidth: 20 MHz

                                                                                   •  Filters

•    Dual Gain-Control Ports (pos/neg)                                             •  Oscillators

•    Pin-Compatible with 2150-Series                                               •  Automation Systems

                                                             Description

       THAT 2180 Series integrated-circuit voltage                                 The    VCA  design  takes   advantage     of  a  fully

controlled      amplifiers         (VCAs)   are  very  high-                   complementary       dielectric     isolation      process

performance          current-in/current-out            devices                 which offers closely matched NPN/PNP pairs, to

with    two     opposing-polarity,          voltage-sensitive                  deliver discrete performance at IC prices. The

control  ports.      They       offer  wide-range      exponen-                parts are available in three grades, selected for

tial   control  of        gain  and    attenuation     with     low            factory trimmed distortion, allowing the user to

signal   distortion.          The  parts   are   trimmed        at             optimize cost vs. performance. The 2180 Series

wafer    stage       for  low   THD    and  control-voltage                    is  available   in  an  8-pin    single-in-line      (SIP)

feedthrough without further adjustment.                                        package.

                                                                                                   Pin Name       Pin Number

                                                                                                       Input                     1

                                                                                   7                   Ec+                       2

                                                                2k                 Vcc

                                                                                                       Ec-                       3

       BIAS CURRENT                                                                2                   Sym                       4

       COMPENSATION                                                                Ec+                 V-                        5

                                                                               25                      Gnd                       6

                                                                                   Ec-

                                                                Vbe                3

Input                                                           MULTI-                                 V+                        7

                                                                PLIER              8

1                                                                              Output                  Output                    8

                                                                                   4

6                                                                                  Sym                 Table 1. Pin assignments

Gnd

                                                                         Iadj                      Max THD @ 1V,          Plastic SIP

                                                                                      V-           1 kHz, 0 dB

                                                                                   5

                                                                         Iset                          0.01%      2180AL08-U

                                                                                                       0.02%      2180BL08-U

                                                                                                       0.05%      2180CL08-U

             Figure       1.  2180-series  equivalent  circuit  diagram                                Table 2. Ordering information

                                THAT Corporation; 45 Sumner Street; Milford, MA 01757-1656; USA

                              Tel: +1 508 478 9200; Fax: +1 508 478 0990; Web: www.thatcorp.com

                                Copyright © 2008, THAT Corporation                 Document 600029 Rev 02
Document 600029 Rev 02                                                      Page 2 of 12                                                   THAT 2180 Series

                                                                                                                   Blackmer®               Pre-trimmed IC VCAs

                                                              SPECIFICATIONS1

                                        Absolute Maximum Ratings2,3

Positive Supply Voltage (VCC)                                               +20 V        Power Dissipation (PD) (TA = 75 ºC)                            330 mW

Negative Supply Voltage (VEE)                                               -20 V        Operating Temperature Range (TOP)                        0 to +70 ºC

Supply Current (ICC)                                                      10 mA          Storage Temperature Range (TST)                          -40 to +125 ºC

Maximum ∆EC          EC+ - (EC-)                                            ±1V

                                  Recommended                               Operating Conditions

                                                                                         2180A              2180B                          2180C

Parameter                  Symbol                             Conditions           Min   Typ    Max   Min   Typ    Max               Min   Typ    Max   Units

Positive Supply Voltage    VCC                                                     +4    +15    +18   +4    +15    +18               +4    +15    +18                            V

Negative Supply Voltage    VEE                                                     -4    -15    -18   -4    -15    -18               -4    -15    -18                            V

Bias Current               ISET         VCC - VEE = 30 V                           1     2.4    5     1     2.4    5                 1     2.4    5     mA

Signal Current             IIN + IOUT                      ISET = 2.4 mA           —     0.35   1.5   —     0.35   1.5               —     0.35   1.5   mArms

                                                           Electrical              Characteristics2

                                                                                         2180A              2180B                          2180C

Parameter                  Symbol                             Conditions           Min   Typ    Max   Min   Typ    Max               Min   Typ    Max   Units

Supply Current             ICC                                No signal            —     2.4    4     —     2.4    4                 —     2.4    4     mA

Equiv. Input Bias Current         IB                          No Signal            —     2      10    —     2      12                —     2      15                             nA

Input Offset Voltage       VOFF(IN)                           No Signal            —     ±5     —     —     ±5     —                 —     ±5     —     mV

Output Offset Voltage      VOFF(OUT)                       Rout = 20 kΩ

                                                              0 dB gain            —     0.5    1     —     1      2                 —     1.5    3     mV

                                                           +15 dB gain             —     1      3     —     1.5    4                 —     3      10    mV

                                                           +30 dB gain             —     3      12    —     5      15                —     9      30    mV

Gain Cell Idling Current   IIDLE                                                   —     20     —     —     20     —                 —     20     —                              µA

Gain-Control Constant                   TA =25°C (TCHIP≅35°C)

                                       -60 dB < gain < +40 dB

                        EC+ /Gain (dB)                     Pin 2 (Fig. 14)         6.0   6.1    6.2   6.0   6.1    6.2               6.0   6.1    6.2   mV/dB

                        EC- /Gain (dB)                        Pin 3                -6.2  -6.1   -6.0  -6.2  -6.1   -6.0              -6.2  -6.1   -6.0  mV/dB

Gain-Control TempCo        ∆EC /∆TCHIP  Ref TCHIP = 27°C                           —     +0.33  —     —     +0.33  —                 —     +0.33  —     %/°C

Gain-Control Linearity                  -60 to +40 dB gain                         —     0.5    2     —     0.5    2                 —     0.5    2                              %

1 kHz Off Isolation                    EC+= -360mV,EC-=+360mV                      110   115    —     110   115    —                 110   115    —                              dB

Output Noise               en(OUT)                         20 Hz ~ 20 kHz

                                                           Rout = 20kΩ

                                                              0 dB gain            —     -98    -97   —     -98    -96               —     -98    -95   dBV

                                                           +15 dB gain             —     -88    -86   —     -88    -85               —     -88    -84   dBV

Voltage at V-              VV-                                No Signal            -3.1  -2.85  -2.6  -3.1  -2.85  -2.5              -3.1  -2.85  -2.6                           V

1.  All specifications are subject to change without notice.

2.  Unless otherwise noted, TA=25ºC, VCC=+15V, VEE= -15V.

3.  Stresses above those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings  only; the functional operation of

the device at these or any other conditions above those indicated in the operational sections of this specification is not impli ed. Exposure to absolute maximum rating condi-

tions for extended periods may affect device reliability.

                           THAT Corporation; 45 Sumner Street; Milford, MA 01757-1656; USA

                           Tel: +1 508 478 9200; Fax: +1 508 478 0990; Web: www.thatcorp.com

                                                              Copyright © 2008, THAT Corporation
THAT 2180 Series                                           Page 3 of 12                                   Document 600029 Rev 02

Blackmer® Pre-trimmed IC VCAs

                                  Electrical Characteristics                         (con’t)2

                                                                       2180A                2180B               2180C

Parameter            Symbol            Conditions                Min   Typ    Max    Min    Typ    Max    Min   Typ    Max    Units

Total Harmonic  Distortion   THD  1 kHz, No External Trim

                                  VIN = 0 dBV, 0 dB gain         —     0.005  0.010  —      0.010  0.020  —     0.030  0.050    %

                                  VIN = +10 dBV, -15 dB gain     —     0.020  0.030  —      0.030  0.040  —     0.040  0.070    %

                                  VIN = -5 dBV, +15 dB gain      —     0.020  0.030  —      0.030  0.040  —     0.040  0.070    %

Slew Rate                         RIN = ROUT = 20 kΩ             —     12     —      —      12     —      —     12     —      V/µs

Gain at 0 V Control Voltage            EC- = 0 mV                -0.1  0.0    +0.1   -0.15  0.0    +0.15  -0.2  0.0    +0.2     dB

                                                   Vcc

                                  2180                        Ec-                                  22p

                                  Series

                                  VCA              7                                               20k

                                                   V+         3

                                          1                   Ec-           OUT             -

IN                                                 -IN           SYM       8

                                                      GND     Ec+      4                    OP275                             OUT

                10u               20k              V-         6  2                          +

                                                       5            NC

    Power Supplies                        5.1k

           Vcc = +15 V

           Vee = -15 V

                                                   Vee

                                          Figure 2. Typical Application Circuit

Figure 3. 2180-series Frequency Response vs. Gain                             Figure 4. 2180-series Noise (20kHz NBW) vs. Gain

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                                                                                                               Blackmer® Pre-trimmed IC VCAs

                                                         Theory of          Operation4

     The   THAT    2180         Series   VCAs     are    designed     for

high  performance          in    audio-frequency         applications

requiring      exponential       gain    control,  low   distortion,

wide      dynamic       range       and      low   control-voltage

feedthrough. These parts control gain by converting

an input current signal to a bipolar logged voltage,

adding    a    dc  control      voltage,     and   reconverting     the

summed voltage back to a current through a bipolar

antilog circuit.

     Figure 5 presents a considerably simplified inter-

nal   circuit    diagram     of    the  IC.  The   ac    input   signal

current    flows   in   pin     1,  the   input    pin.  An   internal               Figure 6. Gain     vs.  Control Voltage (EC+, Pin 2) at 25°C

operational transconductance amplifier (OTA) works

to   maintain      pin  1  at   a   virtual  ground      potential    by

driving the emitters of Q1 and (through the Voltage

Bias Generator) Q3. Q3/D3 and Q1/D1 act to log the

input current, producing a voltage, V3, which repre-

sents the bipolar logarithm of the input current. (The

voltage at the junction of D1 and D2 is the same as

V3, but shifted by four forward Vbe drops.)

Gain Control

     Since pin 8, the output, is usually connected to a

virtual   ground,       Q2/D2      and   Q4/D4     take  the    bipolar              Figure 7. Gain     vs.  Control Voltage (EC-, Pin 3) at 25°C

antilog of V3, creating an output current which is a

precise   replica  of      the   input   current.  If    pin  2  (Ec+)

and   pin    3   (Ec-)     are   held    at  ground,     the     output

current    will    equal    the     input    current.    For     pin  2

positive or pin 3 negative, the output current will be

scaled    larger   than     the     input    current.    For     pin  2

negative     or    pin  3  positive,      the  output    current      is

scaled smaller than the input.

                                                                                     Figure 8. Gain vs. Control Voltage (EC-) with Temp (°C)

                                                                                     In      normal     operation,  the       output   current     is

                                                                            converted           to   a  voltage     via   an   opamp-based         I-V

                                                                            converter, as shown in Figure 2, where the conver-

                                                                            sion         ratio  is   determined     by   the   feedback       resistor

                                                                            connected           between      the  output  and   inverting      input.

                                                                            The      signal      path   through     the   VCA   and      the  output

                                                                            opamp is non-inverting.

                                                                                     The     scale   factor    between   the   output    and   input

                                                                            currents is the gain of the VCA. Either pin 2 (Ec+) or

                                                                            pin      3   (Ec-),     or  both,  may  be    used  to    control      gain.

                                                                            Gain         is  exponentially     proportional     to  the  voltage   at

                                                                            pin 2, and exponentially proportional to the negative

                                                                            of the voltage at pin 3. Therefore, pin 2 (Ec+) is the

          Figure 5. Simplified Internal Circuit Diagram                     positive         control    port,     while   pin   3     (Ec-)   is   the

4. For more details about the internal workings of the 2180 Series of VCAs, see An Improved Monolithic Voltage-Controlled

Amplifier, by Gary K. Hebert (Chief Technology Officer, for THAT Corporation), presented at the 99th convention of the

Audio Engineering Society, New York, Preprint number 4055.

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THAT 2180 Series                                                        Page  5  of  12                                  Document 600029 Rev 02

Blackmer® Pre-trimmed IC VCAs

negative      control       port.      Because     of  the      exponential          DC Bias Currents

characteristic, the control voltage sets gain linearly

in decibels. Figure 6 shows the decibel current gain                                      The 2180 current consumption is determined by

of a 2180 versus the voltage at Ec+, while Figure                       7            the    resistor  between       pin  5    (V-)    and      the  negative

shows gain versus the Ec-.                                                           supply voltage (VEE). Typically, with 15V supplies, the

                                                                                     resistor    is   5.1  kΩ,  which       provides       approximately

Temperature Effects                                                                  2.4 mA. This current is split into two paths: 570 μA

                                                                                     is   used   for   biasing      the  IC,      and      the  remainder

      The logging and antilogging in the VCA depends                                 becomes Icell as shown in Figure 5. Icell is further

on the logarithmic relationship between voltage and                                  split  in   two   parts:   about    20       μA   biases       the  core

current    in   a  semiconductor               junction    (in  particular,          transistors (Q1 through Q4), the rest is available for

between a transistor's Vbe and Ic). As is well known,                                input and output signal current.

this      relationship      is     temperature     dependent.       There-           DC Feedthrough

fore, the gain of any log-antilog VCA depends on its

temperature.                                                                              Normally, a small dc error term flows in pin 8

                                                                                     (the output). When the gain is changed, the dc term

      Figure    8  shows        the    effect  of  temperature      on  the          changes.    This      control-voltage        feedthrough       is   more

negative control port. (The positive control port behaves                            pronounced       with   gain;  the       –A  version       of  the  part

in the same manner.) Note that the gain at Ec = 0 V is                               produces    the     least  feedthrough,        the    –C   version  the

0 dB, regardless of temperature. Changing temperature                                most. See Figure 9 for typical curves for dc offset vs.

changes the scale factor of the gain by 0.33%/°C, which                              gain

pivots the curve about the 0 dB point.

      Mathematically, the 2180's gain characteristic is

      Gain      =           EC+ − EC−          ,                Eq. 1

                   (0.0061)(1+0.0033 T)

      where        ∆T   is      the    difference        between       room

      temperature       (25°C)        and   the    actual   temperature,

      and  Gain         is  the       gain     in  decibels.    At     room

      temperature, this reduces to

      Gain      =  EC+ − EC−       ,                            Eq. 2

                   0.0061

                                                                                               Figure 9. Representative DC Offset vs. Gain

      If  only     the  positive       control     port    is   used,   this

      becomes                                                                        Audio Performance

                =  EC+                                                                    The    2180-Series        VCA  design,         fabrication     and

      Gain         0.0061       ,                               Eq. 3                testing     ensure    extremely     good     audio        performance

                                                                                     when used as recommended. In particular, the 2180

      If  only     the  negative       control     port    is   used,   this         maintains low distortion over a wide range of gain,

      becomes                                                                        cut    and  signal    levels.  Figures       10  through       12   show

                                                                                     typical     distortion     performance           for  representative

      Gain      =  EC−          ,                               Eq. 4                samples of each grade of the part. Figure 13 shows

                   0.0061                                                            the    harmonic     content    of   the  distortion        in  a   typical

                                                                                     B-grade part.

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                                                                                           Blackmer® Pre-trimmed IC VCAs

Figure 10. 1 kHz THD+Noise vs. Input Level, 0dB gain                     Figure 12. 1 kHz  THD+Noise vs.   Input Level, -15dB gain

Figure 11. 1 kHz THD+Noise vs. Input Level, +15dB gain               Figure 13. FFT of     THD, 0dB gain,  1kHz, 0dBV, Typ. 2180B

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Blackmer® Pre-trimmed IC VCAs

                                                                          Applications

Input                                                                            High-Frequency Distortion

      As mentioned above, input and output signals are                                    The   choice       of  input     resistor   has      an      additional,

currents, not voltages. While this often causes some                             subtle effect on distortion. Since the feedback imped-

conceptual      difficulty       for    designers       first   exposed     to   ances around the internal opamp (essentially Q1/D1

this    convention,          the   current          input/output          mode   and Q3/D3) are fixed, low values for the input resis-

provides great flexibility in application.                                       tor      will  require          more      closed-loop         gain       from     the

                                                                                 opamp. Since the open-loop gain naturally falls off at

      The    Input    pin    (pin     1)  is  a    virtual     ground      with  high frequencies, asking for too much gain will lead

negative feedback provided internally (see Figure 5,                             to       increased      high-frequency            distortion.            For      best

Page    4).     The   input      resistor     (shown        as     20  kΩ   in   results,       this     resistor     should     be   kept        to   10      kΩ  or

Figure     2,   Page     3)  should       be   scaled    to     convert     the  above.

available       ac   input   voltage      to    a   current        within   the

linear     range     of   the    device.      Generally,        peak      input  Stability

currents should be kept under 1 mA for best distor-

tion performance.                                                                         An additional consideration is stability: the inter-

      Figures 10 through 12 show distortion vs. signal                           nal      op    amp      is  intended      for   operation         with    source

level for the three parts in the 2180 Series for 0 dB,                           impedances of less than 60 kΩ at high frequencies.

+15   dB       and   -15     dB   gain.   The       circuit    of  Figure   2,   For      most      audio        applications,       this    will     present      no

Page 3 was used to generate these curves.                                        problem

      For a specific application, the acceptable distor-                         DC Coupling

tion    will    usually      determine         the  maximum            signal

current      level   which       may      be  used.      Note      that,   with           The   quiescent        dc   voltage    level     at  the     input       (the

20 kΩ current-to-voltage converting resistors, distor-                           input offset voltage) is approximately +0 mV, but, as

tion remains low even at 10 V rms input at 0 dB or                               in       many  general-purpose             opamps,        this       is  not      well

-15 dB gain, and at 1.7 V rms input at +15 dB gain                               controlled. Any dc input currents will cause dc in the

(~10 V rms output). This is especially true in the –A                            output        which     will    be   modulated          by    gain;      this     may

and –B grades of the part.                                                       cause audible thumps. If the input is dc coupled, dc

                                                                                 input    currents           may      be   generated       due     to     the   input

Distortion vs. Noise                                                             offset voltage of the 2180 itself, or due to offsets in

                                                                                 stages        preceding         the      2180.    Therefore,           capacitive

      A designer may trade off noise for distortion by                           coupling is almost mandatory for quality audio appli-

decreasing      the      20  kΩ    current-to-voltage              converting    cations.       Choose       a   capacitor       which     will    give    accept-

resistors used at the input and output in Figure 2,                              able low frequency performance for the application.

Page    3.      For  every       dB     these      resistor     values      are

decreased,      the      voltage      noise     at  the  output        of   the  Summing Multiple Input Signals

OP275       is  reduced        by  one        dB.   For  example,          with

10    kΩ    resistors,       the   output       noise    floor     drops    to            Multiple    signals         may  be    summed            via    multiple

–104 dBV (typical) at 0 dB gain — a 6 dB reduction                               resistors, just as with an inverting opamp configura-

in noise because 10 kΩ is 1/2 of (6 dB lower than)                               tion. In such a case, a single coupling capacitor may

20 kΩ.                                                                           be located next to pin 1 rather than multiple capaci-

                                                                                 tors     at    the   driven      ends     of   the  summing              resistors.

      Conversely, if THD is more important than noise                            However, take care that the capacitor does not pick

performance, increasing these resistors to 40 kΩ will                            up stray signals.

increase       the   noise     level      by  6    dB,   while     reducing

distortion at maximum voltage levels. Furthermore, if                            Output

maximum signal levels are higher (or lower) than the

traditional     10       V   rms,     these      resistors      should      be            The   Output           pin  (pin     8)    is    intended            to  be

scaled to accommodate the actual voltages prevalent                              connected to a virtual ground node, so that current

in  the    circuit.      Since     the    2180      handles        signals  as   flowing        in   it  may      be      converted      to    a   voltage         (see

currents,       these    ICs     can      even     operate      with   signal    Figures 2 & 14). Choose the external opamp for good

levels far exceeding the 2180's supply rails, provided                           audio performance. The feedback resistor should be

appropriately large resistors are used.                                          chosen         based        on       the  desired         current-to-voltage

                                                                                 conversion constant. Since the input resistor deter-

                                                                                 mines the voltage-to-current conversion at the input,

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Document 600029 Rev 02                                                 Page  8  of  12                                                              THAT 2180 Series

                                                                                                                          Blackmer® Pre-trimmed IC VCAs

the familiar ratio of Rf /Ri for an inverting opamp will                                    ICELL = ISET - 350 μA. Therefore,

determine the overall voltage gain when the 2180 is

set for 0 dB current gain. Since the VCA performs                                           ISET ≥ Peak (IIN) + Peak (IOUT) + 570 μA.

best    at  settings  near     unity      gain,  use   the   input   and

feedback        resistors  to  provide      design-center        gain  or                   The  voltage       at    V-        (pin        5)   is  four      diode       drops

loss, if necessary.                                                                 below ground, which, for the 2180, is approximately

                                                                                    -2.85        V.     Since      this           pin         connects        to   a      (high

     A  small    feedback      capacitor         around     the  output             impedance)             current        supply,             not   a  voltage       supply,

opamp is needed to cancel the output capacitance of                                 bypassing at pin 5 is not normally necessary.

the VCA. Without it, this capacitance will destabilize

most opamps. The capacitance at pin 8 is typically                                  Ground

15 pF.

                                                                                            The GND pin (pin 6) is used as a ground refer-

Power Supplies                                                                      ence    for       the   VCA.     The             non-inverting            input    of  the

                                                                                    internal     opamp         is    connected                  here,     as  are    various

Positive                                                                            portions of the internal bias network. It may not be

                                                                                    used as an additional input pin.

     The    positive  supply       is     connected   directly   to    V+

(pin 7). No special bypassing is necessary, but it is                               Voltage Control

good practice to include a small (~1 μF) electrolytic

or (~0.1        μF) ceramic capacitor close to the VCA IC                           Negative Sense

on the PCB. Performance is not particularly depend-

ent on supply voltage. The lowest permissible supply                                        EC-  (pin    3)  is    the       negative           voltage       control     port.

voltage     is  determined     by      the  sum  of    the   input   and            This         point     controls           gain         inversely      with       applied

output      currents  plus     ISET    ,  which  must    be   supplied              voltage: positive voltage causes loss, negative voltage

through the output of the internal transconductance                                 causes gain. As described on Page 5, the current gain

amplifier and down through the core and voltage bias                                of the VCA is unity when pin 3 is at 0 V with respect

generator. Reducing signal currents may help accom-                                 to      pin  2,   and    varies       with            voltage   at    approximately

modate      low      supply    voltages.         THAT    Corporation                -6.1 mV/dB, at room temperature.

intends     to   publish       an    application       note    covering

operation on low supply voltages. Please inquire for                                Positive Sense

its availability.

                                                                                            As mentioned earlier, EC+ (pin 2) is the positive-

     The highest permissible supply voltage is fixed by                             sense voltage control port. A typical circuit using this

the     process      characteristics        and      internal    power              approach is shown in Figure 14. EC- (pin 3) should be

consumption. +18 V is the nominal limit.                                            grounded,            and       EC+            (pin          2)  driven         from         a

                                                                                    low-impedance             voltage            source.         Using        the  opposite

Negative                                                                            sense of control can sometimes save an inverter in

                                                                                    the control path. In order to maintain the wafer level

     The negative supply terminal is V- (pin 5). Unlike                             adjustment which minimizes THD, leave pin 4 open.

normal negative supply pins, this point is intended to

be connected to a current source ISET (usually simply

a resistor to VEE), which determines the current avail-                                                                   Vcc

able for the device. As mentioned before, this source                                                        2180                                         22p

                                                                                                             Series

must supply the sum of the input and output signal                                                           VCA          7                               20k

                                                                                                                          V+      3

currents, plus the bias to run the rest of the IC. The                                                               1            Ec-      OUT         -

                                                                                        IN                                -IN        SYM   8

minimum value for this current is 570 μA over the                                                                                 Ec+   4              OP275               OUT

                                                                                                 10u         20k             GND     2

                                                                                                                          V-     6                     +

sum     of  the      required  signal       currents.    Usually,      ISET                                                   5        NC

should equal 2.4 mA for most pro audio applications

with ±15 V supplies. Higher bias levels are of limited                                      Power Supplies     5.1k

value,      largely  because   the        core   transistors     become                     Vcc = +15 V

                                                                                            Vee = -15 V

ineffective at logging and antilogging at currents over

1 mA.                                                                                                                Vee          Ec+

     Mathematically, this can be expressed as                                               Figure 14. Positive control                    port  using Pin 2       (EC+)

     ICELL ≥ Peak (IIN) + Peak (IOUT) + 220 μA; and

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THAT 2180 Series                                                          Page 9 of 12                                         Document 600029 Rev 02

Blackmer® Pre-trimmed IC VCAs

Positive and Negative                                                          VCAs act like multipliers: when no signal is present

                                                                               at       the  signal        input,    noise     at  the      control         input  is

    It is also possible (and sometimes advantageous)                           rejected. So, when measuring noise (in the absence

to  drive    both    control      ports,  either    with      differential     of signal – as most everyone does), even very noisy

drive (in which case, the control sensitivities of each                        control           circuitry    often       goes     unnoticed.           However,

port are summed), or through two different control                             noise         at  the   control       port     of  these     parts       will  cause

signals. There is no reason why both control ports                             noise         modulation        of    the      signal.    This      can      become

cannot be used simultaneously.                                                 significant         if  care   is     not   taken     to     drive      the   control

                                                                               ports with quiet signals.

Control Port Drive Impedance                                                            The      2180      Series    VCAs      have     a   small      amount      of

                                                                               inherent          noise     modulation          because       of    its  class      AB

    The      control        ports      (pins   2   through          4)   are   biasing           scheme,      where       the     shot   noise     in   the       core

connected directly to the bases of the logging and/or                          transistors reaches a minimum with no signal, and

antilogging      transistors.      The    accuracy       of   the   logging    increases with the square root of the instantaneous

and   antilogging        is   dependent       on   the     EC+      and  EC-   signal current. However, in an optimum circuit, the

voltages being exactly as desired to control gain. The                         noise floor rises only to -94 dBV with a 50 μA rms

base  current        in  the  core     transistors      will  follow     the   signal at unity gain — 4 dB of noise modulation. By

collector    currents,        of   course.     Since     the      collector    contrast,         if    a      unity-gain      connected,         non-inverting

currents     are     signal-related,      the     base   currents        are   5534          opamp        is  used   to      directly       drive  the       control

therefore    also        signal-related.      Should         the    source     port, the noise floor will rise to 92 dBV — 6 dB of

impedance        of  the      control   voltage(s)       be   large,     the   noise modulation.

signal-related base currents will cause signal-related                                  To avoid excessive noise, one must take care to

voltages     to  appear       at  the   control    ports,     which      will  use      quiet    electronics         throughout         the  control-voltage

interfere with precise logging and antilogging, in turn                        circuitry. One useful technique is to process control

causing distortion.                                                            voltages at a multiple of the eventual control constant

    The      2180        Series    VCAs       are  designed         to    be   (e.g.,       61   mV/dB        —    ten    times    higher     than      the       VCA

operated with zero source impedance at pins 2 and                              requires), and then attenuate the control signal just

3, and an infinite source impedance at pin 4. (pin 4                           before the final drive amplifier. With careful attention

should be left open.) To realize all the performance                           to impedance levels, relatively noisy opamps may be

designed into a 2180, keep the source impedance of                             used for all but the final stage.

the control voltage driver well under 50 Ω.

                                                                               Stray Signal Pickup

    This     often       suggests      driving     the   control         port

directly     with    an     opamp.     However,       the     closed-loop               It is also common practice among audio design-

output impedance of an opamp typically rises at high                           ers to design circuit boards to minimize the pickup

frequencies        because        open    loop     gain      falls  off   as   of stray signals within the signal path. As with noise

frequency increases. A typical opamp's output imped-                           in the control path, signal pickup in the control path

ance     is  therefore        inductive       at   high      frequencies.      can adversely effect the performance of an otherwise

Excessive        inductance        in   the   control       port    source     good          VCA.      Because       it   is   a   multiplier,          the     2180

impedance can cause the VCA to oscillate internally.                           produces          second       harmonic            distortion       if   the   audio

In  such     cases,      a   100   Ω   resistor    in    series     with  a    signal        itself    is  present       at   the  control       port.       Only  a

1.5 nF capacitor from the control port to ground will                          small voltage at the control port is required: as little

usually suffice to prevent the instability.                                    as       10   μV  of    signal      can    increase       distortion         to    over

                                                                               0.01%. This can frequently be seen at high frequen-

Noise Considerations                                                           cies,       where       capacitive        coupling       between         the   signal

                                                                               and control paths can cause stray signal pickup.

    It is second nature among good audio designers                                      Because the signal levels involved are very small,

to consider the effects of noisy devices on the signal                         this problem can be difficult to diagnose. One useful

path. As is well known, this includes not only active                          technique is to temporarily bypass the control port to

devices such as opamps and transistors, but extends                            ground via a modest-sized capacitor (e.g., 10 μF). If

to the choice of impedance levels as well. High value                          the         distortion         diminishes,         signal     pickup           in   the

resistors have higher inherent thermal noise, and the                          control path is the likely cause.

noise performance of an otherwise quiet circuit can

be easily spoiled by the wrong choice of impedance

levels.                                                                        Temperature Sensitivity

    Less well known, however, is the effect of noisy                                    As shown by the equation for AV (Page 5), the gain

circuitry    and     high     impedance       levels    in   the    control    of       a    2180      VCA       is  sensitive          to  temperature            in

path     of  voltage-control       circuitry.      The      2180    Series

                                   THAT Corporation; 45 Sumner Street; Milford, MA 01757-1656; USA

                                   Tel: +1 508 478 9200; Fax: +1 508 478 0990; Web: www.thatcorp.com

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Document 600029 Rev 02                                            Page  10  of  12                                     THAT 2180 Series

                                                                                                    Blackmer® Pre-trimmed IC VCAs

proportion       to    the    amount      of     gain     or  loss              varies with temperature at the same rate of 0.33%/°C.

commanded.        The     constant    of     proportionality      is            Such parts are available from RCD Components, Inc,

0.33%    of  the  decibel     gain  commanded,         per    degree            www.rcd-comp.com,   and      KOA/Speer  Electronics,

Celsius, referenced to 27°C (300°K). This means that                            www.koaspeer.com

at 0 dB gain, there is no change in gain with tempera-

ture. However, at -122 mV, the gain will be +20 dB                              Closing Thoughts

at  room     temperature,     but   will     be  20.66    dB  at  a

temperature 10°C lower.                                                             THAT       Corporation   welcomes   comments,

                                                                                questions  and  suggestions  regarding  these  devices,

    For   most    audio     applications,     this  change    with              their  design  and  application.  Our  engineering  staff

temperature       is  of  little   consequence.     However,      if            includes designers who have decades of experience in

necessary,   it   may     be  compensated        by    a    resistor            applying our parts. Please feel free to contact us to

embedded     in   the     control   voltage  path   whose     value             discuss your applications in detail.

                                  THAT Corporation; 45 Sumner Street; Milford, MA 01757-1656; USA

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THAT 2180 Series                                                 Page 11 of 12                                 Document 600029 Rev 02

Blackmer® Pre-trimmed IC VCAs

                                                    Package           Information

The     THAT  2180-series   is     available    in  a  8-pin     SIP  makes it possible to solder these devices using lead-

package. Package dimensions are shown in Figure 15                    free and lead-bearing solders.

below; Pinouts are given in Table 1 on page 1. Order-

ing     information   is   provided     in   Table     2  also   on               Neither  the   lead-frame    nor  the     plastic   mold

page 1.                                                               compound             used  in  the   2180-series      contains   any

                                                                      hazardous substances as specified in the European

     The   2180-series     package      is   entirely     lead-free.  Union's         Directive  on   the  Restriction   of  the     Use  of

The     lead-frame    is  copper,  plated       with   successive     Certain            Hazardous   Substances     in   Electrical   and

layers of nickel, palladium, and gold. This approach                  Electronic           Equipment  2002/95/EG        of  January       27,

                                                                      2003.

                                                Package Characteristics

Parameter                             Symbol                          Conditions                Min       Typ       Max           Units

Package Style                                             See Fig. 15 for dimensions                  8 Pin SIP

Thermal Resistance                      θJA               SIP package soldered to board                   100                     ºC/W

Environmental Regulation    Compliance                                            Complies with January 27, 2003  RoHS   requirements

                   A                                          I

                                     H

                                                J

     1                               G       M

                   B                                          K

                   D               F                      L

               C                   E TYP.

                   N

        ITEM  MILLIMETERS          INCHES

        A     19.5 +0.2/-0         0.77 +0.008/-0

        B     1.25                 0.049

        C     0.65                 0.026

        D     0.85                 0.033

        E     2.54 ±0.2            0.100 ±0.008

        F     0.9                  0.04

        G     1.2                  0.05

        H     5.8 +0.2/-0          0.23 +0.008/-0

        I     2.8 +0.1/-0          0.11 +0.004/-0

        J     10.5 ±0.5            0.413 ±0.02

        K     1.3                  0.05

        L     0.3                  0.012

        M     3.5 ±0.5             0.14 ±0.02

        N     17.78 ±0.3           0.700 ±0.012

     Figure 15. -L (SIP)   version package outline drawing

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                                 Notes

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