RATIOMETRISCHES INTERFACE IC PRINZIPIELLE FUNKTION

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1 PINZIPIELLE FUNKTION Verstärkung von differentiellen Sensorsignalen in eine der Versorgungsspannung ratiometrische Ausgangsspannung zwischen 0,5 und,5v V CC = 5V 5% differentielle Eingangsspannung V OUT = 0,5...,5V ratiometrisch I B = ma TYPISCHE ANWENDUNGEN Sensorsignalverarbeitung Piezoresistive Drucksensoren Automobilanwendungen Anwendungen mit µp Analog Microelectronics GmbH Telefon: +9 (0)63/ /8 An der Fahrt 3, D 55 Mainz Telefax: +9 (0)63/ ev.. Internet: E Mail: info@analogmicro.de

2 INHALTSVEZEICHNIS Eigenschaften 3 Kurzbeschreibung 3 Blockdiagramm 3 Elektrische Spezifikationen andbedingungen 5 Ausführliche Funktionsbeschreibung 5 Funktionseinheiten des 5 Einstellen des Ausgangsspannungsbereichs 6 Blockschaltbild und Pinout 7 Prinzipielle Anwendungsbeispiele 8 Lieferformen 8 Weiterführende Literatur 8 ABBILDUNGSVEZEICHNIS Abbildung : Blockschaltbild 3 Abbildung : Anwendung mit und externen Komponenten 6 Abbildung 3: Blockschaltbild 7 Abbildung : Pinout 7 Abbildung 5: Anwendung für piezoresistive Drucksensoren und einem externen Mikrokontroller 8 Abbildung 6: Anwendung als Signalaufbereitungs-IC mit einem externen Abgleichnetzwerk (Abbildung ) 8 Tabelle : Elektrische andbedingungen 5 Tabelle : Bedeutung der Pins 7 /8

3 EIGENSCHAFTEN Versorgungsspannungsbereich: 5V ± 5% (atiometriebereich) Instrumentenverstärker mit großem Eingangsspannungsbereich Ausgangsspannung ratiometrisch zur Versorgung: 0,5...,5V Einstellbare Verstärkung und Offset Großer Arbeitstemperaturbereich: 0 C C Integrierte, ratiometrische Stromquelle für die Versorgung externer Sensoren Ausgangstreiber (Open Collector): I OUT = +0mA Kostengünstig Kleines Gehäuse: SO8 KUZBESCHEIBUNG Der ist ein kostengünstiges ratiometrisches Interface-IC, welches speziell für die Aufbereitung von Brückensignalen entwickelt worden ist. Das IC eignet sich besonders für piezoresistive und magnetoresistive Siliziumsensoren. Prinzipiell besteht der aus einem Instrumentenverstärker als Eingangsstufe für differentielle Spannungssignale, einer ratiometrischen Stromquelle, mit der eine Meßzelle versorgt werden kann, und einem Spannungsausgang, der als Treiberstufe ausgelegt ist. Verstärkung, Offset und die Ausgangsspannungsbereich sind über externe Widerstände einstellbar. Der wurde so konzipiert, daß er ideal mit nachfolgenden Prozessoren oder A/D-Wandlern betrieben werden kann. BLOCKDIAGAMM IB I B OP 9 V CC 8 VCC IN+ Ausgangsstufe IN- B 5 3 IA GND 7 6 VOUT V Abbildung : Blockschaltbild 3/8

4 ELEKTISCHE SPEZIFIKATIONEN T amb = 5 C, V CC = 5V (unless otherwise noted), currents flowing into the IC are negative Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit Supply Voltage ange V CC ratiometric range V Maximum Supply Voltage V CCmax 6 V Quiescent Current I CC B = 500Ω, I IB = ma 7.6 ma Temperature Specifications Operating T amb 0 00 C Storage T st 55 5 C Junction T J 50 C atiometrical Current Source Internal Sense Voltage V B ratiometric with VCC, V VCC = 5V 0.5 V Output Current ange I IB ma Output Current I IB ratiometric with VCC, V VCC = 5V, B = 500Ω, atiometrical Error AT@IB AT@IB =.05 V B (V VCC = 5V) V B (V VCC = 5.5V) ma mv I B vs. Temperature I B I IB = ma ppm/ C Output Voltage ange V IB I IB =.5mA.0 V CC 0.V V Output esistance IB IB = V IB/ I IB, V IB = V, V IB =.8V, I IB = ma, Instrumentation Amplifier.5 30 MΩ Input Voltage ange V IN+;.3 V CC.V V Input Current I IN+; V IN+ = V IN = V 5 75 na Input Offset Voltage V OS 3 3 mv V OS vs. Temperature V OS 0 0 µv/ C Output Voltage ange V VIA 0.05 V CC V V Internal Gain G IA G IA = V VIA/ V IN, V IN =.3V, V IN = 00mV Linearity V IN =.3V, V IN = 00mV 0.5 % FS Common Mode ejection atio CM V IN =.3V, V IN = 00mV db Power Supply ejection atio PS V IN =.3V, V IN = 00mV 7 80 db Output esistance OUT 0 k Ω Voltage Output Stage Adjustable Gain G OUT Input Voltage ange V V 0.05 V CC.5V V Input Current I IN V IN = V, V IN = 50mV 0 75 na Input Offset Voltage V OS 3 3 mv V OS vs. Temperature V OS V IN = V, V IN = 50mV 5 5 µv/ C Linearity 0.0 %FS Output Current I VOUT pin VOUT µa Output Voltage ange V OUT with transistor BCW68H V Output Current I OUT with transistor BCW68H ma Output esistance OUT Ω Power Supply ejection atio V OUT 7 90 db Current Limitation Threshold V THESH V THESH = V VCC V VOUTmin = 7Ω, I OUT ma.00.5 V V TESH vs. Temperature V THESH C mv/ C /8

5 ANDBEDINGUNGEN Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit esistor Adjustment Current Source Ω esistor Sense Current Limitation 0 50 Ω Gain esistor Sum 3 + V OUT = 3 / ( 3 + ) G IA. kω Capacitor Power Supply C nf Capacitor Frequency Compensation C Output stage, ±0% nf Capacitor Load C 3 Output stage, ±0% nf Output PNP-Transistor T BCW68H, BC557C (or similar) low drop, high 0mA Tabelle : Elektrische andbedingungen AUSFÜHLICHE FUNKTIONSBESCHEIBUNG Der ist ein integriertes ratiometrisches Interface-IC, welches speziell für die Verarbeitung von Brückensignalen für Automobilanwendungen entwickelt worden ist. Mit seiner integrierten, ratiometrischen Stromquelle ist es vor allem für die Signalaufbereitung bei piezoresistiven Druckmeßzellen geeignet und erlaubt eine einfache Temperaturkompensation und Kalibrierung dieser Sensorelemente. Funktionseinheiten des Der besteht prinzipiell aus 3 funktionalen Blöcken (siehe Abbildung ):. Mit einer Instrumentenverstärker-Eingangsstufe mit einer festen Verstärkung von G IA wird das Eingangssignal vorverstärkt.. Mit einer ratiometrischen Stromquelle kann die Meßzelle versorgt werden. Der Versorgungsstrom I IB kann über die Variation des Widerstands über die folgende Beziehung geändert eingestellt werden: VVCC I IB = 0 3. Als Ausgang wurde eine Open Collector-Stufe mit den folgenden Funktionen integriert: Spannungsausgang: Als Spannungsausgang dient ein Spannungsverstärker mit einer externen PNP- Open Collector-Stufe T, welche einen maximalen Strom von I OUT = ma liefern kann. Die Verstärkung G OUT kann über die externen Widerstände 3 und zwischen G OUT =... eingestellt werden: 3 + G OUT = Die Verstärkung des gesamten Systems beträgt dann G = G IA G OUT. Strombegrenzung: Eine einfache Begrenzungsschaltung für den Pin VOUT limitiert den Spannungsabfall gegen V CC : V VOUT min = VVCC, 5 ( ) V T BE Damit kann der maximale Ausgangsstrom über einen Widerstand in eihe zu dem Emitter des Transistors T eingestellt werden (siehe Abbildung ). Der Strom berechnet sich zu: () () (3) 5/8

6 I OUT max V = THESH V BE ( T ) 380mV () Falls keine Strombegrenzung benötigt wird, kann der Emitter des Transistors T direkt an Pin VCC angeschlossen werden ( = 0). Eine gut Wärmekopplung zwischen T und dem IC verringert die Temperaturdrift des Ausgangsstroms I OUT und erhöht damit die Qualität der Strombegrenzung. Einstellen des Ausgangsspannungsbereichs Die Spanne der Ausgangsspannung kann über die Verstärkung G OUT der Ausgangsstufe eingestellt werden. Der Offset der des Ausgangs kann zusammen mit dem Offset des Sensors über die Widerstände O und O (Abbildung ) abgeglichen werden. Mit den Werten und Grenzen für die externen Komponenten aus den andbedingungen können folgende Systemparameter aus Abbildung eingestellt werden: V IN = 00mV V OUT = 0,5...,5V G = G IA G OUT = 0 I OUT = +0mA 0,5mA (I OUT = ma max (5 C)) I B = ma (ratiometrischer Versorgungsstrom für einen piezoresistiven Drucksensor) = 500Ω = 7Ω 3 =,5kΩ = 500Ω S = 3kΩ TCS = 6...0kΩ O, O = 0,09...0kΩ TCO, TCO = Ω I B OP 9 V CC 8 C V S TCO TCO B Ausgangsstufe 7 T V OUT IA C 3 5 TCS O O 3 6 C 3 Ground Abbildung : Anwendung mit und externen Komponenten 6/8

7 BLOCKSCHALTBILD UND PINOUT IB I B OP 9 V CC 8 VCC IN+ Ausgangsstufe IN- B 5 3 IA GND 7 6 VOUT V Abbildung 3: Blockschaltbild PIN NAME BEDEUTUNG GND IC-Masse IB Ausgang Stromquelle 3 B Einstellen Stromquelle IN+ Positiver Eingang IA 5 IN Negativer Eingang IA 6 V Einstellen der Verstärkung 7 VOUT Spannungsausgang 8 VCC Versorgungsspannung Tabelle : Bedeutung der Pins GND IB B IN Abbildung : Pinout VCC VOUT V IN- 7/8

8 PINZIPIELLE ANWENDUNGSBEISPIELE Interface-IC für piezoresistive Druckmeßzellen mit elektronischer Kompensation der Fehler über einen externen Mikrokontroller Sensorversorgung mit Strom V CC = 5V µp D OUT Abbildung 5: Anwendung für piezoresistive Drucksensoren und einem externen Mikrokontroller Anwendung als Signalaufbereitungs-IC mit einem externen Abgleichnetzwerk Sensorversorgung mit Strom V CC = 5V V OUT = 0,5...,5V LIEFEFOMEN Der ist lieferbar als: DIP08, SOP08 Dice auf 5 Dehnfolie aufgespannt Abbildung 6: Anwendung als Signalaufbereitungs-IC mit einem externen Abgleichnetzwerk (Abbildung ) WEITEFÜHENDE LITEATU [] Homepage der Analog Microelectronics GmbH: Analog Microelectronics behält sich Änderungen von Abmessungen, technischen Daten und sonstigen Angaben ohne vorherige Ankündigung vor. 8/8