AME AM427

RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC
AM427
EIGENSCHAFTEN
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG
• Versorgungsspannung 5V±
±5%
(Ratiometriebereich)
• Großer Arbeitstemperaturbereich:
–40°C...+100°C
• Ratiometrische Stromquelle zur Sensorversorgung
• Instrumentenverstärkereingang
• Spannungstreiber–Ausgangsstufe:
VOUT = 0.5–4.5V,
IOUT = ±5mA (Push/Pull)
• Einstellbare Ausgangsstrombegrenzung
• Verstärkung, Offset und Ausgangsspannungsbereich einstellbar
• Überspannungsabschaltung
• Verpolschutz
Der AM427 ist ein kostengünstiges ratiometrisches Transmitter–IC, welches speziell für die
Aufbereitung von Brückensignalen entwickelt
worden ist. Das IC eignet sich besonders für piezoresistive und magnetoresistive Siliziumsensoren. Prinzipiell besteht der AM427 aus einem
hochgenauen Instrumentenverstärker als Eingangsstufe, einer ratiometrischen Stromquelle, mit
der eine Meßzelle versorgt werden kann, und einem Spannungstreiber als Ausgangsstufe. Verstärkung, Offset und die Ausgangsspannung sind
über externe Widerstände einstellbar. Der Ausgang ist als Push–/Pull–Stufe ausgelegt. Zusätzlich zu diesen Funktionen sind verschiedene
Schutzfunktionen wie Ausgangsstrombegrenzung, Kurzschluß– und Verpolschutz und eine
Überspannungsabschaltung integriert.
ANWENDUNGEN
LIEFERFORMEN
• Anwendungen im Automobilbereich
• Spannungswandler für Meßbrücken
• Sensor–Schnittstelle
• DIL16–Gehäuse (Muster, Kleinserien)
• SO16(n)–Gehäuse
• Dice auf 5“ Dehnfolie aufgespannt
BLOCKSCHALTBILD
V+
IP
VCC
3
2
16
AM427
RSC
15
Überspannungsabschaltung
Verpolschutz
VIB
OP
1
9R
IB
IN+
IN−
RB
150mV
IBR
5
OP
Ausgangs−
Stufe
1R
+
VOUT
14
VR
7
11
IA
10
VIC
IVIC
OP
6
4
GND
12
13
RIC
Abbildung 1
analog microelectronics
Analog Microelectronics GmbH
An der Fahrt 13, D – 55124 Mainz
Internet: www.analogmicro.de
Telefon: +49 (0)6131/91 073 – 0
Telefax: +49 (0)6131/91 073 – 30
E–Mail: [email protected]
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Rev. 2.1
RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC
AM427
ELEKTRISCHE SPEZIFIKATIONEN
Tamb = 25°C, VCC = 5V (unless otherwise noted)
Parameter
Symbol
Voltage Range (Ratio Range)
VCC
Maximum Supply Voltage
VCCmax
Quiescent Current
ICC
Conditions
Min.
Typ.
Max.
4.75
5
5.25
V
6
V
6.2
mA
RRB = 500Ω, IIB = 1mA
Unit
Temperature Specifications
Operating
Tamb
–40
100
°C
Storage
Tst
–55
125
°C
Junction
TJ
Thermal Resistance
Θja
DIL16 plastic package
70
°C/W
Θja
SO16 narrow plastic package
140
°C/W
150
°C
Over Voltage Switch Off
Input Voltage Range
VV+
Threshold Voltage
VV+THRESH
4.75
27
V
10
15
V
Input Current
IV+
IV+
V+ = 5V
V+ = 27V
45
310
80
550
140
820
µA
µA
Output Current
IIP
IIP
V+ = 5V
V+ = 27V
0.87
1.35
2.1
50
mA
nA
Ratiometric Current Source – Transducer
Sense Voltage Range
VVIB
Internal Sense Voltage
VRB
5
Output Current Range
IIB
Output Current
IIB
ratiometric with VIB,
RRB = 500Ω, VVIB = 5V
Ratiometric Error
[email protected]
IRB vs. Temperature
ratiometric with VIB, VVIB = 5V
27
0.5
0.50
V
V
1.25
mA
1.02
mA
VVIB = 5.25V, VCC = 5V,
[email protected] = 1.05 VRB (VVIB = 5V)
– VRB (VVIB = 5.25V)
±1
mV
dIRB/dT
IIB = 1mA
±20
ppm/°C
Output Voltage Range
VIB
IIB = 1.25mA
1.5
Output Resistance
RIB
IIB = 1mA, RIB = ∆UIB/∆IIB,
VVIB = 5V, IIB = 1mA
1.5
4.5
MΩ
Power Supply Rejection Ratio
∆IIB
∆VCC = 4.75V – 5.25V,
VVIB = 5V, IIB = 1mA
76
90
dB
0.98
1
VCC–0.5V
V
Instrumentation Amplifier
Input Voltage Range
VIN+;–
Internal Gain
GIA
1.5
Common Mode Rejection Ratio
Power Supply Rejection Ratio
Offset Voltage
VOS
±3
mV
VOS vs. Temperature
dVOS/dT
±10
µV/°C
Input Bias Current
IB
Output Voltage Range
VVIA
Output Resistance
ROUT
VIN– = 2V, ∆VIN = 200mV
GIA = ∆VVIA/∆VIN
VCC–2V
V
9.8
10.0
CMRR
80
90
dB
PSRR
74
80
dB
VIN = 2V
25
0
75
nA
VCC–2V
V
0.1
% FS
20
∆VIN = 200mV, ideal input
Nonlinearity
10.2
kΩ
Voltage Output Stage
Adjustable Gain
GOUT
Input Voltage Range
VVR
Power Supply Rejection Ratio
PSSR
analog microelectronics
2
11
0
–72
VCC–2.5V
–90
V
dB
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RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC
Parameter
Symbol
Conditions
Min.
AM427
Typ.
Max.
Unit
±3.0
mV
Voltage Output Stage (cont.)
Offset Voltage
VOS
VOS vs. Temperature
dVOS/dT
∆VIN = 50mV
Input Current
IIN
∆VIN = 50mV
Input Current Pin RSC
IRSC
VRSC = VVCC – 150mV
8.0
Output Voltage Range
VOUT
with transistor BCW68H
IOUT = 10mA (see figure 5)
0.5
Output Current
IOUT
with transistor BCW68H
Output Current Pin VOUT
IVOUT
pin VOUT
100
200
Current Limitation Threshold
VTHRESH
ratiometric with VCC
120
Output Resistance
ROUT
virtual
Linearity
±15
µV/°C
20
75
nA
12.5
25.0
µA
4.5
V
12.5
mA
300
µA
150
180
mV
0.1
0.85
Ω
0.01
%FS
500
515
mV
25
75
nA
35
75
µA
6
mA
6
V
Max.
Unit
ideal input
Current Source – Output
Internal Sense Voltage
VRIC
Input Sense Current
IRIC
ratiometric with VCC
Output Current
IVIC
Output Current
IOUT
with transistor BC848C
Output Voltage Range
VOUT
with transistor BC848C, IOUT = 5mA
485
20
0.8
RANDBEDINGUNGEN
Parameter
Symbol
Resistor Adjustment Current Source (Transducer)
Conditions
R1
Min.
400
R3 + R4
Gain Resistor Sum
Typ.
1000
Ω
2.0
kΩ
Capacitor Power Supply
C1
100
Capacitor Frequency Compensation (Output Stage)
C2
4.3
5.8
nF
Capacitor Load (Output Stage)
C3
1.0
10.0
nF
Resistor Sense Current Limitation
R2
0
50
Ω
Resistor Adjustment Current Source (Output Stage)
R5
90
1000
Ω
nF
FUNKTIONSDIAGRAMM
VS
IBR
COMP
(ratriometrisch)
12 V
GAIN = 20...110
AMP
VOUT
Ground
Abbildung 2
analog microelectronics
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RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC
AM427
FUNKTIONSBESCHREIBUNG
Der AM427 ist ein integrierter ratiometrischer Spannungs–Transmitter, der speziell für die Verarbeitung von Brückeneingangssignalen 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. Zusätzlich zu den Hauptfunktionen werden verschiedene Schutzfunktionen zur Verfügung gestellt. Die integrierten Schutzfunktionen sind:
• eine Überspannungsabschaltung,
• ein Verpolschutz,
• und ein Kurzschlußschutz (VOUT gegen Ground) der Ausgangsstufe.
Der AM427 besteht prinzipiell aus 4 funktionalen Blöcken:
1. Mit einer Instrumentenverstärker–Eingangsstufe mit einer festen Verstärkung von GIA = 10
wird das Eingangssignal vorverstärkt.
2. Einer ratiometrische Stromquelle für die Versorgung der Meßzelle:
Der Strom IIB kann über die Variation des Widerstands R1 über die folgende Beziehung geändert
eingestellt werden:
I IB =
VVIB
10 R1
3. Einer Open Collector–Ausgangsstufe mit den folgenden Funktionen:
• Spannungsausgang: Als Spannungsausgang dient ein Spannungsverstärker mit einer externen PNP–Open Collector–Stufe T1, welche einen maximalen Strom von IOUT = 11mA liefern
kann. Die Verstärkung GOUT kann über die externen Widerstände R3 und R4 zwischen GOUT =
2...11 eingestellt werden:
GOUT =
R3
R3 + R4
Die Verstärkung des gesamten Systems beträgt dann G = GIA GOUT.
• Strombegrenzung: Eine Komparatorstufe mit einer fest eingestellten Schwellspannung von
VCC–150mV ermöglicht eine einstellbare Strombegrenzung. Der maximale Strom beträgt
I OUT max =
150mV
.
R2
Mit einer externen Schottky–Diode D1 ist die Ausgangsstufe gegen VOUT und Ground kurzschlußgeschützt. Wenn keine Strombegrenzung benötigt wird, müssen die Pins RSC und VCC
verbunden werden.
• Pull–Down Stromquelle: Wenn ein symmetrischer Push/Pull Ausgang benötigt wird, steht
eine Pull–Down Stromquelle mit einem Laststrom von 5mA zur Verfügung. Der Strom kann
über den R5 eingestellt werden:
analog microelectronics
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RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC
I OUT =
AM427
VIB
10 R5
Wenn diese Stromquelle nicht benutzt wird, müssen die Pins VIC und RIC entweder auf Masse
gelegt werden oder dürfen alternativ nicht beschaltet werden.
4. Eine Überspannungsabschaltung mit einer festen Schwellspannung von 12V erlaubt einen
Kurzschlußschutz gegen eine höhere Spannung. Im Fall eines Kurzschlusses mit dem Bordnetz
von 24V (Automobil) wird der externe PNP–Transistor T1 abgeschaltet, und das IC ist elektrisch
von der Überspannung getrennt. Falls die Überspannungsabschaltung nicht benötigt wird, müssen die Pins V+ und IP entweder auf Masse gelegt werden oder dürfen alternativ nicht beschaltet
werden.
Als besondere Eigenschaft verfügt AM427 über einen integrierten Verpolschutz der drei Pins VCC,
GND und OUT. Diese Pins können untereinander fälschlicherweise verschaltet werden, ohne daß
das IC beschädigt wird.
Einstellen des Ausgangsspannungsbereichs
Die Spanne der Ausgangsspannung kann über die Verstärkung GOUT der Ausgangsstufe eingestellt
werden. Der Offset der des Ausgangs kann zusammen mit dem Offset des Sensors über die Widerstände RO1 und RO2 (Abbildung 5 und 6) abgeglichen werden.
analog microelectronics
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RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC
AM427
PINOUT
PIN
VIB
1
16
VCC
V+
2
15
RSC
IP
3
14
VOUT
GND
4
13
RIC
IB
5
12
VIC
RB
6
11
VR
IN+
7
10
IN−
N.C.
8
9
N.C.
Abbildung 3
NAME
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
VIB
V+
IP
GND
IB
RB
IN+
N.C.
N.C.
IN–
VR
VIC
RIC
VOUT
RSC
VCC
DESIGNATION
Sens Stromquelle – Meßzelle
Sens Überspannungsschutz
Ausgang Überspannungsschutz
IC–Masse
Ausgang Stromquelle – Meßzelle
Einstellen Stromquelle – Meßzelle
Positiver Eingang IA
Nicht kontaktiert
Nicht kontaktiert
Negativer Eingang IA
Einstellen Verstärkung Ausgangsstufe
Ausgang Stromquelle – Ausgang
Einstellen Stromquelle – Ausgang
Ausgang Ausgangsstufe
Sens Strombegrenzung
Versorgungsspannung
LIEFERFORMEN
Das ratiometrische Sensor–IC AM427 ist lieferbar als:
• 16–Pin–DIL (Muster, Kleinserien)
• SO 16 (n)
• Dice auf 5“ Dehnfolie aufgespannt
GEHÄUSEABMESSUNGEN SO16 (n)
10,06 ± 0,1
4,0 + 0,2 - 0,1
1,45 ± 0,1
≤ 2,00
0,2 ± 0,05
0,2 ± 0,1
≤ 0,635
1,27
0,42 ± 0,07
≥ 0,3
0°-10°
6,2 ± 0,2
16
1
8
Abbildung 4
analog microelectronics
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RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC
AM427
ANWENDUNG MIT BASISFUNKTIONEN
VS
C1
3
2
AM427
16
15
Überspannungsabschaltung
Verpolschutz
OP
1
150mV
9R
IBR
RTCO1
5
RTCO2
RS RS
RS RS
OP
Output
Stage
1R
+
C2
7
VIN
VOUT
R3
IA
10
RO2
T2
14
C3
11
RO1
I VIC
RTCS
OP
12
R4
6
13
R1
Ground
4
Abbildung 5
Die vorliegende zeigt die Grundfunktionen des AM427. Die Schutzfunktionen sind nicht aktiviert
(siehe Abbildung 5). Die Strombegrenzung und die zusätzliche Stromquelle am Ausgang werden
ebenfalls nicht benutzt. Nur die Kompensation der Meßzelle und das eigentliche ratiometrische System sind beschaltet. Diese Basisanwendung ist prinzipiell auf dem AM 417 realisiert, welcher eine
reduzierte Form des AM427 darstellt.
Mit den gegebenen Werten für die externen Bauteile (siehe Externe Komponenten) kann die folgende Anwendung realisiert werden:
• VIN = 100mV
• G = GIA GOUT = 40
• VOUT = 0,5 – 4,5V
• IOUT = +10mA – 0,25mA
• IBR = 1mA (ratiometrischer Versorgungsstrom für die Meßzelle)
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RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC
AM427
ANWENDUNG MIT SCHUTZFUNKTIONEN
T1
VS
C1
3
2
AM427
15
Überspannungsabschaltung
Verpolschutz
OP
1
150mV
9R
Output
Stage
IBR
RTCO1
5
RTCO2
RS RS
RS RS
OP
R2
16
1R
+
14
C2
D1 VOUT
7
VIN
R3
IA
10
RO2
T2
C3
11
RO1
I VIC
RTCS
OP
12
T3
R4
6
13
R1
Ground
4
R5
Abbildung 6
In vorliegenden Anwendung werden alle Merkmale des AM427 genutzt: Die Überspannungsabschaltung und der Verpolschutz sind kontaktiert und aktiv. Die Kurzschlußerkennung kann über den
Widerstand R2 eingestellt werden. Das Netzwerk für die Kompensation der Meßzelle wird in der
Literatur ausgiebig beschrieben.
Mit den gegebenen Werten für die externen Bauteile (siehe Externe Komponenten) kann die folgende Anwendung realisiert werden:
• VIN = 75mV
• G = GIA GOUT = 40
• VOUT = 1 – 4V
• IOUT = ±5mA (Push/Pull)
• IBR = 1mA (ratiometrischer Versorgungsstrom für die Meßzelle)
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RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC
AM427
LISTE DER EXTERNEN KOMPONENTEN
Symbol
Description
T1*, T2
BCW68H, BC557C (or similar)
Value
Unit
low drop, high β at10mA
PNP
high β at 5mA
NPN
T3*
BC848C, BC548C
D1*
BAT46, BAS40
R1
IBR = 1 mA
500
Ω
R2*
IOUTmax = 15 mA (push)
10
Ω
}
R3
R4
low drop at 10 mA
Span (Gain adjustment)
500
Ω
VOUT = R3 / (R3 + R4) G
1.5
kΩ
100
Ω
R5*
IOUT = 5 mA (sink)
RS
typical transducer resistor
3.0 (typ.)
kΩ
TC span compensation
10 – 120
kΩ
Offset adjustment
0 – 500
Ω
0.1 – 10.0
MΩ
RTCS
RO1, RO2
RTCO1, RTCO2
TC offset adjustment
C1
C2
C3
330
nF
± 10%
4.7
nF
± 10%
1.0
nF
* not needed in basic application (Figure 6)
TOPOLOGIE DER ANWENDUNG MIT SCHUTZFUNKTIONEN
VOUT
D1
T2
C3
C2
R2
R3
R4
RTCO1
T3
RTCO2
RS RS
RS RS
N.C.
RTCS
16 15 14 13 12 11 10 9
R5
VS
AM427
1
2
3
4
5
6
7
8
RO2
RO1
N.C.
T1
Ground
C1
R1
Abbildung 7
Analog Microelectronics behält sich Änderungen von Abmessungen, technischen Daten und sonstigen Angaben ohne vorherige Ankündigung vor.
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