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RATIOMETRISCHES TRANSMITTER-IC
EIGENSCHAFTEN
* Versorgungsspannung 5V5% (Ratiometriebereich) * Groer Arbeitstemperaturbereich: -40C...+100C * Ratiometrische Stromquelle zur Sensorversorgung * Instrumentenverstarkereingang * Spannungstreiber-Ausgangsstufe: VOUT = 0.5-4.5V, IOUT = 5mA (Push/Pull) * Einstellbare Ausgangsstrombegrenzung * Verstarkung, Offset und Ausgangsspannungsbereich einstellbar * Uberspannungsabschaltung * Verpolschutz
AM427
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG
Der AM427 ist ein kostengunstiges ratiometrisches Transmitter-IC, welches speziell fur die Aufbereitung von Bruckensignalen entwickelt worden ist. Das IC eignet sich besonders fur piezoresistive und magnetoresistive Siliziumsensoren. Prinzipiell besteht der AM427 aus einem hochgenauen Instrumentenverstarker als Eingangsstufe, einer ratiometrischen Stromquelle, mit der eine Mezelle versorgt werden kann, und einem Spannungstreiber als Ausgangsstufe. Verstarkung, Offset und die Ausgangsspannung sind uber externe Widerstande einstellbar. Der Ausgang ist als Push-/Pull-Stufe ausgelegt. Zusatzlich zu diesen Funktionen sind verschiedene Schutzfunktionen wie Ausgangsstrombegrenzung, Kurzschlu- und Verpolschutz und eine Uberspannungsabschaltung integriert.
ANWENDUNGEN
* Anwendungen im Automobilbereich * Spannungswandler fur Mebrucken * Sensor-Schnittstelle
LIEFERFORMEN
* DIL16-Gehause (Muster, Kleinserien) * SO16(n)-Gehause * Dice auf 5" Dehnfolie aufgespannt
BLOCKSCHALTBILD
V+ 2 3 IP 16 RSC Uberspannungsabschaltung Verpolschutz 1
9R 150mV +
VCC
AM427
VIB
15 OP
IB
IBR
5
OP
1R
Ausgangs- Stufe
VOUT 14 VR 11
IN+ IN-
7 IA 10 6 4 GND 13 RIC OP
IVIC
VIC 12
RB
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: info@analogmicro.de
April 99 1/9 Rev. 2.1
RATIOMETRISCHES TRANSMITTER-IC
ELEKTRISCHE SPEZIFIKATIONEN
Tamb = 25C, VCC = 5V (unless otherwise noted)
Parameter Voltage Range (Ratio Range) Maximum Supply Voltage Quiescent Current Temperature Specifications Operating Storage Junction Thermal Resistance Tamb Tst TJ ja ja Over Voltage Switch Off Input Voltage Range Threshold Voltage Input Current Output Current VV+ VV+THRESH IV+ IV+ IIP IIP V+ = 5V V+ = 27V V+ = 5V V+ = 27V 4.75 10 45 310 0.87 80 550 1.35 DIL16 plastic package SO16 narrow plastic package 70 140 -40 -55 Symbol VCC VCCmax ICC RRB = 500, IIB = 1mA Conditions Min. 4.75 Typ. 5
AM427
Max. 5.25 6 6.2
Unit V V mA
100 125 150
C C C C/W C/W
27 15 140 820 2.1 50
V V A A mA nA
Ratiometric Current Source - Transducer Sense Voltage Range Internal Sense Voltage Output Current Range Output Current Ratiometric Error VVIB VRB IIB IIB RAT@IB ratiometric with VIB, RRB = 500, VVIB = 5V VVIB = 5.25V, VCC = 5V, RAT@IB = 1.05 VRB (VVIB = 5V) - VRB (VVIB = 5.25V) IIB = 1mA IIB = 1.25mA IIB = 1mA, RIB = UIB/IIB, VVIB = 5V, IIB = 1mA VCC = 4.75V - 5.25V, VVIB = 5V, IIB = 1mA 1.5 1.5 76 4.5 90 ratiometric with VIB, VVIB = 5V 0.50 0.98 1 5 0.5 1.25 1.02 1 27 V V mA mA mV
IRB vs. Temperature Output Voltage Range Output Resistance Power Supply Rejection Ratio Instrumentation Amplifier Input Voltage Range Internal Gain Common Mode Rejection Ratio Power Supply Rejection Ratio Offset Voltage VOS vs. Temperature Input Bias Current Output Voltage Range Output Resistance Nonlinearity Voltage Output Stage Adjustable Gain Input Voltage Range Power Supply Rejection Ratio
dIRB/dT VIB RIB IIB
20 VCC-0.5V
ppm/C V M dB
VIN+;- GIA CMRR PSRR VOS dVOS/dT IB VVIA ROUT VIN = 200mV, ideal input VIN = 2V VIN- = 2V, VIN = 200mV GIA = VVIA/VIN
1.5 9.8 80 74 10.0 90 80
VCC-2V 10.2
V
dB dB 3 10 mV V/C nA V k 0.1 % FS
25 0 20
75 VCC-2V
GOUT VVR PSSR
2 0 -72 -90
11 VCC-2.5V V dB
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April 99 2/9
RATIOMETRISCHES TRANSMITTER-IC
Parameter Voltage Output Stage (cont.) Offset Voltage VOS vs. Temperature Input Current Input Current Pin RSC Output Voltage Range Output Current Output Current Pin VOUT Current Limitation Threshold Output Resistance Linearity Current Source - Output Internal Sense Voltage Input Sense Current Output Current Output Current Output Voltage Range VRIC IRIC IVIC IOUT VOUT with transistor BC848C with transistor BC848C, IOUT = 5mA 0.8 20 ratiometric with VCC 485 500 25 35 VOS dVOS/dT IIN IRSC VOUT IOUT IVOUT VTHRESH ROUT VIN = 50mV VIN = 50mV VRSC = VVCC - 150mV with transistor BCW68H IOUT = 10mA (see figure 5) with transistor BCW68H pin VOUT ratiometric with VCC virtual ideal input 100 120 200 150 0.1 8.0 0.5 20 12.5 Symbol Conditions Min. Typ.
AM427
Max. Unit
3.0 15 75 25.0 4.5 12.5 300 180 0.85 0.01
mV V/C nA A V mA A mV %FS
515 75 75 6 6
mV nA A mA V
RANDBEDINGUNGEN
Parameter Resistor Adjustment Current Source (Transducer) Gain Resistor Sum Capacitor Power Supply Capacitor Frequency Compensation (Output Stage) Capacitor Load (Output Stage) Resistor Sense Current Limitation Resistor Adjustment Current Source (Output Stage) Symbol R1 R3 + R4 C1 C2 C3 R2 R5 100 4.3 1.0 0 90 5.8 10.0 50 1000 Conditions Min. 400 Typ. Max. 1000 2.0 Unit k nF nF nF
FUNKTIONSDIAGRAMM
VS
IBR
COMP
(ratriometrisch)
12 V GAIN = 20...110 AMP
VOUT Ground
Abbildung 2
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April 99 3/9
RATIOMETRISCHES TRANSMITTER-IC
FUNKTIONSBESCHREIBUNG
AM427
Der AM427 ist ein integrierter ratiometrischer Spannungs-Transmitter, der speziell fur die Verarbeitung von Bruckeneingangssignalen fur Automobilanwendungen entwickelt worden ist. Mit seiner integrierten, ratiometrischen Stromquelle ist es vor allem fur die Signalaufbereitung bei piezoresistiven Druckmezellen geeignet und erlaubt eine einfache Temperaturkompensation und Kalibrierung dieser Sensorelemente. Zusatzlich zu den Hauptfunktionen werden verschiedene Schutzfunktionen zur Verfugung gestellt. Die integrierten Schutzfunktionen sind: * eine Uberspannungsabschaltung, * ein Verpolschutz, * und ein Kurzschluschutz (VOUT gegen Ground) der Ausgangsstufe. Der AM427 besteht prinzipiell aus 4 funktionalen Blocken: 1. Mit einer Instrumentenverstarker-Eingangsstufe mit einer festen Verstarkung von GIA = 10 wird das Eingangssignal vorverstarkt. 2. Einer ratiometrische Stromquelle fur die Versorgung der Mezelle: Der Strom IIB kann uber die Variation des Widerstands R1 uber die folgende Beziehung geandert eingestellt werden: I IB = VVIB 10 R1
3. Einer Open Collector-Ausgangsstufe mit den folgenden Funktionen: * Spannungsausgang: Als Spannungsausgang dient ein Spannungsverstarker mit einer externen PNP-Open Collector-Stufe T1, welche einen maximalen Strom von IOUT = 11mA liefern kann. Die Verstarkung GOUT kann uber die externen Widerstande R3 und R4 zwischen GOUT = 2...11 eingestellt werden: GOUT = R3 R3 + R4
Die Verstarkung des gesamten Systems betragt dann G = GIA GOUT. * Strombegrenzung: Eine Komparatorstufe mit einer fest eingestellten Schwellspannung von VCC-150mV ermoglicht eine einstellbare Strombegrenzung. Der maximale Strom betragt I OUT max = 150mV . R2
Mit einer externen Schottky-Diode D1 ist die Ausgangsstufe gegen VOUT und Ground kurzschlugeschutzt. Wenn keine Strombegrenzung benotigt wird, mussen die Pins RSC und VCC verbunden werden. * Pull-Down Stromquelle: Wenn ein symmetrischer Push/Pull Ausgang benotigt wird, steht eine Pull-Down Stromquelle mit einem Laststrom von 5mA zur Verfugung. Der Strom kann uber den R5 eingestellt werden:
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April 99 4/9
RATIOMETRISCHES TRANSMITTER-IC
I OUT = VIB 10 R5
AM427
Wenn diese Stromquelle nicht benutzt wird, mussen die Pins VIC und RIC entweder auf Masse gelegt werden oder durfen alternativ nicht beschaltet werden. 4. Eine Uberspannungsabschaltung mit einer festen Schwellspannung von 12V erlaubt einen Kurzschluschutz gegen eine hohere 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 Uberspannung getrennt. Falls die Uberspannungsabschaltung nicht benotigt wird, mussen die Pins V+ und IP entweder auf Masse gelegt werden oder durfen alternativ nicht beschaltet werden. Als besondere Eigenschaft verfugt AM427 uber einen integrierten Verpolschutz der drei Pins VCC, GND und OUT. Diese Pins konnen untereinander falschlicherweise verschaltet werden, ohne da das IC beschadigt wird. Einstellen des Ausgangsspannungsbereichs Die Spanne der Ausgangsspannung kann uber die Verstarkung GOUT der Ausgangsstufe eingestellt werden. Der Offset der des Ausgangs kann zusammen mit dem Offset des Sensors uber die Widerstande RO1 und RO2 (Abbildung 5 und 6) abgeglichen werden.
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April 99 5/9
RATIOMETRISCHES TRANSMITTER-IC
PINOUT
PIN NAME VIB V+ IP GND IB RB IN+ N.C. N.C. IN- VR VIC RIC VOUT RSC VCC
AM427
DESIGNATION Sens Stromquelle - Mezelle Sens Uberspannungsschutz Ausgang Uberspannungsschutz IC-Masse Ausgang Stromquelle - Mezelle Einstellen Stromquelle - Mezelle Positiver Eingang IA Nicht kontaktiert Nicht kontaktiert Negativer Eingang IA Einstellen Verstarkung Ausgangsstufe Ausgang Stromquelle - Ausgang Einstellen Stromquelle - Ausgang Ausgang Ausgangsstufe Sens Strombegrenzung Versorgungsspannung
VIB V+ IP GND IB RB IN+ N.C.
1 2 3 4 5 6 7 8
16 15 14 13 12 11 10 9
VCC RSC VOUT RIC VIC VR IN- N.C.
Abbildung 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
LIEFERFORMEN
Das ratiometrische Sensor-IC AM427 ist lieferbar als: * 16-Pin-DIL (Muster, Kleinserien) * SO 16 (n) * Dice auf 5" Dehnfolie aufgespannt
GEHAUSEABMESSUNGEN SO16 (n)
10,06 0,1 1,45 0,1 0,2 0,05 0,2 0,1 0,42 0,07 1,27 0,635 0,3 0-10 6,2 0,2 4,0 + 0,2 - 0,1
2,00
16
1
8
Abbildung 4
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April 99 6/9
RATIOMETRISCHES TRANSMITTER-IC
ANWENDUNG MIT BASISFUNKTIONEN
VS C1
AM427
AM427
2
3
16 15 OP
Uberspannungsabschaltung Verpolschutz 1
9R IBR
150mV
RTCO1
RTCO2
5
OP
1R
Output Stage
+
14 C2
T2 VOUT R3 C3
RS RS RS RS
7 VIN 10 RO1 OP 6 13 IA 11
I VIC
RO2 RTCS
12
R4
R1 Ground
4
Abbildung 5 Die vorliegende zeigt die Grundfunktionen des AM427. Die Schutzfunktionen sind nicht aktiviert (siehe Abbildung 5). Die Strombegrenzung und die zusatzliche Stromquelle am Ausgang werden ebenfalls nicht benutzt. Nur die Kompensation der Mezelle 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 fur 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 fur die Mezelle)
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April 99 7/9
RATIOMETRISCHES TRANSMITTER-IC
ANWENDUNG MIT SCHUTZFUNKTIONEN
VS T1 C1 2 3
AM427
AM427
16 15 OP
150mV
R2
Uberspannungsabschaltung Verpolschutz 1
9R IBR
RTCO1
RTCO2
5
OP
1R
Output Stage
+
14 C2
T2 D1 VOUT R3 C3
RS RS RS RS RO2 RTCS RO1
7 VIN 10
I VIC
IA 11 OP 6 13 12 T3
R4
R1 Ground
4
R5
Abbildung 6 In vorliegenden Anwendung werden alle Merkmale des AM427 genutzt: Die Uberspannungsabschaltung und der Verpolschutz sind kontaktiert und aktiv. Die Kurzschluerkennung kann uber den Widerstand R2 eingestellt werden. Das Netzwerk fur die Kompensation der Mezelle wird in der Literatur ausgiebig beschrieben. Mit den gegebenen Werten fur 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 fur die Mezelle)
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April 99 8/9
RATIOMETRISCHES TRANSMITTER-IC
LISTE DER EXTERNEN KOMPONENTEN
Symbol T1*, T2 T3* D1* R1 R2* R3 R4 R5* RS RTCS RO1, RO2 RTCO1, RTCO2 C1 C2 C3 10% 10% Description BCW68H, BC557C (or similar) BC848C, BC548C BAT46, BAS40 IBR = 1 mA IOUTmax = 15 mA (push) Value low drop, high at10mA high at 5mA low drop at 10 mA 500 10 500 1.5 100 3.0 (typ.) 10 - 120 0 - 500 0.1 - 10.0 330 4.7 1.0
AM427
Unit PNP NPN
k k k M nF nF nF
}
Span (Gain adjustment) VOUT = R3 / (R3 + R4) G
IOUT = 5 mA (sink) typical transducer resistor TC span compensation Offset adjustment TC offset adjustment
* not needed in basic application (Figure 6)
TOPOLOGIE DER ANWENDUNG MIT SCHUTZFUNKTIONEN
VOUT C3 R2 T2
D1 C2 T3
N.C.
R3
R4
RTCO1
RTCO2
RS RS RS RS RTCS RO2 RO1
16 15 14 13 12 11 10 9
R5 VS
1 2 3
AM427
4 5 6 7 8 N.C.
T1 Ground C1 R1
Abbildung 7
Analog Microelectronics behalt sich Anderungen von Abmessungen, technischen Daten und sonstigen Angaben ohne vorherige Ankundigung vor.
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April 99 9/9

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