AM427

AM427 AME | Alldatasheet

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RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC AM427 analog microelectronics April 99 Analog Microelectronics GmbH Telefon: +49 (0)6131/91 073 – 0 1/9 An der Fahrt 13, D – 55124 Mainz Telefax: +49 (0)6131/91 073 – 30 Rev. 2.1 Internet: www.analogmicro.de E–Mail: info@analogmicro .de EIGENSCHAFTEN

• Versorgungsspannung 5V±±±±5% (Ratiometriebereich)
• Großer Arbeitstemperaturbereich: –40°C...+100°C
• Ratiometrische Stromquelle zur Sen- sorversorgung
• Instrumentenverstärkereingang
• Spannungstreiber–Ausgangsstufe: VOUT = 0.5–4.5V, IOUT = ±±±±5mA (Push/Pull)
• Einstellbare Ausgangsstrom- begrenzung
• Verstärkung, Offset und Ausgangs- spannungsbereich einstellbar
• Überspannungsabschaltung
• Verpolschutz ANWENDUNGEN
• Anwendungen im Automobilbereich
• Spannungswandler für Meßbrücken
• Sensor–Schnittstelle ALLGEMEINE BESCHREIBUNG Der AM427 ist ein kostengünstiges ratiometri- sches Transmitter–IC, welches speziell für die Aufbereitung von Brückensignalen entwickelt worden ist. Das IC eignet sich besonders für pie- zoresistive und magnetoresistive Siliziumsenso- ren. Prinzipiell besteht der AM427 aus einem hochgenauen Instrumentenverstärker als Ein- gangsstufe, einer ratiometrischen Stromquelle, mit der eine Meßzelle versorgt werden kann, und ei- nem Spannungstreiber als Ausgangsstufe. Ver- stärkung, Offset und die Ausgangsspannung sind über externe Widerstände einstellbar. Der Aus- gang ist als Push–/Pull–Stufe ausgelegt. Zusätz- lich zu diesen Funktionen sind verschiedene Schutzfunktionen wie Ausgangsstrombegren- zung, Kurzschluß– und Verpolschutz und eine Überspannungsabschaltung integriert. LIEFERFORMEN
• DIL16–Gehäuse (Muster, Kleinserien)
• SO16(n)–Gehäuse
• Dice auf 5“ Dehnfolie aufgespannt BLOCKSCHALTBILD IA RB VOUT RSC IP IN+ IN− 3 16 AM427 OP IB

5 Ausgangs −

Überspannungsabschaltung Verpolschutz VR VIC RIC IVIC VIB Abbildung 1

RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC AM427 analog microelectronics April 99 ELEKTRISCHE SPEZIFIKATIONEN Tamb = 25°C, VCC = 5V (unless otherwise noted) Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit Voltage Range (Ratio Range) VCC 4.75 5 5.25 V Maximum Supply Voltage VCCmax 6V Quiescent Current ICC RRB = 500Ω, IIB = 1mA 6.2 mA Temperature Specifications Operating Tamb –40 100 °C Storage Tst –55 125 °C Junction TJ 150 °C Thermal Resistance Θja DIL16 plastic package 70 °C/W Θja SO16 narrow plastic package 140 °C/W Over Voltage Switch Off Input Voltage Range VV+ 4.75 27 V Threshold Voltage VV+THRESH 10 15 V Input Current IV+ IV+ V+ = 5V V+ = 27V 310 550 140 820 µA µA Output Current IIP IIP V+ = 5V V+ = 27V 0.87 1.35 2.1 mA nA Ratiometric Current Source – Transducer Sense Voltage Range VVIB 52 7 V Internal Sense Voltage VRB ratiometric with VIB, VVIB = 5V 0.5 V Output Current Range IIB 0.50 1.25 mA Output Current IIB ratiometric with VIB, RRB = 500Ω, VVIB = 5V 0.98 1 1.02 mA Ratiometric Error RAT@IB V VIB = 5.25V, VCC = 5V, RAT@IB = 1.05 VRB (VVIB = 5V) – VRB (VVIB = 5.25V) ±1 mV IRB vs. Temperature d IRB/dTI IB = 1mA ±20 ppm/°C Output Voltage Range VIB IIB = 1.25mA 1.5 VCC–0.5V V 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 Instrumentation Amplifier Input Voltage Range VIN+;– 1.5 VCC–2V V Internal Gain GIA VIN– = 2V, ∆VIN = 200mV GIA = ∆VVIA/∆VIN 9.8 10.0 10.2 Common Mode Rejection Ratio CMRR 80 90 dB Power Supply Rejection Ratio PSRR 74 80 dB Offset Voltage VOS ±3 mV VOS vs. Temperature d VOS/dT ±10 µV/°C Input Bias Current IB VIN = 2V 25 75 nA Output Voltage Range VVIA 0 VCC–2V V Output Resistance ROUT 20 kΩ Nonlinearity ∆VIN = 200mV, ideal input 0.1 % FS Voltage Output Stage Adjustable Gain GOUT 21 1 Input Voltage Range VVR 0 VCC–2.5V V Power Supply Rejection Ratio PSSR –72 –90 dB

RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC AM427 analog microelectronics April 99 Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit Voltage Output Stage (cont.) Offset Voltage VOS ±3.0 mV VOS vs. Temperature d VOS/dT ∆VIN = 50mV ±15 µV/°C Input Current IIN ∆VIN = 50mV 20 75 nA Input Current Pin RSC I RSC VRSC = VVCC – 150mV 8.0 12.5 25.0 µA Output Voltage Range VOUT with transistor BCW68H IOUT = 10mA (see figure 5) 0.5 4.5 V Output Current IOUT with transistor BCW68H 12.5 mA Output Current Pin VOUT I VOUT pin VOUT 100 200 300 µA Current Limitation Threshold VTHRESH ratiometric with VCC 120 150 180 mV Output Resistance ROUT virtual 0.1 0.85 Ω Linearity ideal input 0.01 %FS Current Source – Output Internal Sense Voltage VRIC ratiometric with VCC 485 500 515 mV Input Sense Current IRIC 25 75 nA Output Current IVIC 20 35 75 µA Output Current IOUT with transistor BC848C 6 mA Output Voltage Range VOUT with transistor BC848C, IOUT = 5mA 0.8 6 V RANDBEDINGUNGEN Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit Resistor Adjustment Current Source (Transducer) R1 400 1000 Ω Gain Resistor Sum R3 + R4 2.0 kΩ Capacitor Power Supply C1 100 nF 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 05 0 Ω Resistor Adjustment Current Source (Output Stage) R5 90 1000 Ω FUNKTIONSDIAGRAMM AMP COMP IBR VS Ground 12 V VOUT GAIN = 20...110 (ratriometrisch) Abbildung 2

RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC AM427 analog microelectronics April 99 FUNKTIONSBESCHREIBUNG Der AM427 ist ein integrierter ratiometrischer Spannungs–Transmitter, der speziell für die Verar- beitung von Brückeneingangssignalen für Automobilanwendungen entwickelt worden ist. Mit sei- ner integrierten, ratiometrischen Stromquelle ist es vor allem für die Signalaufbereitung bei piezore- sistiven Druckmeßzellen geeignet und erlaubt eine einfache Temperaturkompensation und Kalibrie- rung dieser Sensorelemente. Zusätzlich zu den Hauptfunktionen werden verschiedene Schutzfunk- tionen zur Verfügung gestellt. Die integrierten Schutzfunktionen sind:

• eine Überspannungsabschaltung,
• ein Verpolschutz,
• und ein Kurzschlußschutz (V OUT 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 V RIB VIB= 10 1 3. Einer Open Collector–Ausgangsstufe mit den folgenden Funktionen:
• Spannungsausgang: Als Spannungsausgang dient ein Spannungsverstärker mit einer exter- nen 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: G R RROUT = + 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 ROUT max = 150 mV . Mit einer externen Schottky–Diode D1 ist die Ausgangsstufe gegen VOUT und Ground kurz- schlußgeschützt. 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 R 5 eingestellt werden:

RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC AM427 analog microelectronics April 99 I V ROUT IB= 10 5 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, müs- sen 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 Wider- stände R O1 und RO2 (Abbildung 5 und 6) abgeglichen werden.

RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC AM427 analog microelectronics April 99 PINOUT 8 9 VIB IP GND IB RB IN+ N.C. VCC VOUT RIC VIC VR IN N.C. RSC Abbildung 3 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) PIN NAME DESIGNATION

1 VIB Sens Stromquelle – Meßzelle

2 V+ Sens Überspannungsschutz

3 IP Ausgang Überspannungsschutz

4 GND IC–Masse

5 IB Ausgang Stromquelle – Meßzelle

6 RB Einstellen Stromquelle – Meßzelle

7 IN+ Positiver Eingang IA

8 N.C. Nicht kontaktiert 9 N.C. Nicht kontaktiert

10 IN– Negativer Eingang IA

11 VR Einstellen Verstärkung Ausgangsstufe

12 VIC Ausgang Stromquelle – Ausgang

13 RIC Einstellen Stromquelle – Ausgang

14 VOUT Ausgang Ausgangsstufe

15 RSC Sens Strombegrenzung

16 VCC Versorgungsspannung

4,0 + 0,2 - 0,1 0,2 ± 0,05 1,27 ≤ 2,00 10,06 ± 0,1 1,45 ± 0,1 0,2 ± 0,1 Abbildung 4

RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC AM427 analog microelectronics April 99 ANWENDUNG MIT BASISFUNKTIONEN 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 Sy- stem 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 folgen- de Anwendung realisiert werden:

• V IN = 100mV
• G = GIA GOUT = 40
• VOUT = 0,5 – 4,5V
• IOUT = +10mA – 0,25mA
• IBR = 1mA (ratiometrischer Versorgungsstrom für die Meßzelle) IA 3 16 AM427 OP Output Stage OP 12 IBR OP 150mV IVIC R3 C3 RO1RO2 RTCS RTCO1 VOUT VS Ground RTCO2 VIN RS RS RS RS Überspannungsabschaltung Verpolschutz Abbildung 5

RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC AM427 analog microelectronics April 99 ANWENDUNG MIT SCHUTZFUNKTIONEN In vorliegenden Anwendung werden alle Merkmale des AM427 genutzt: Die Überspannungsab- schaltung und der Verpolschutz sind kontaktiert und aktiv. Die Kurzschlußerkennung kann über den Widerstand R 2 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 folgen- de Anwendung realisiert werden:

• VIN = 75mV
• G = GIA GOUT = 40
• VOUT = 1 – 4V
• IOUT = ±5mA (Push/Pull)
• IBR = 1mA (ratiometrischer Versorgungsstrom für die Meßzelle) IA 3 16 AM427 OP Output Stage OP 12 IBR OP 150mV Überspannungsabschaltung Verpolschutz IVIC R3 C3 RO1RO2 RTCS RTCO1 VOUT VS Ground RTCO2 VIN RS RS RS RS Abbildung 6

RATIOMETRISCHES TRANSMITTER–IC AM427 analog microelectronics April 99 LISTE DER EXTERNEN KOMPONENTEN Symbol Description Value Unit T1*, T2 BCW68H, BC557C (or similar) low drop, high β at10mA PNP T3* BC848C, BC548C high β at 5mA NPN D1* BAT46, BAS40 low drop at 10 mA R1 IBR = 1 mA 500 Ω R2* IOUTmax = 15 mA (push) 10 Ω R3 Span (Gain adjustment) 500 Ω R4 VOUT = R3 / (R3 + R4) G 1.5 kΩ R5* IOUT = 5 mA (sink) 100 Ω RS typical transducer resistor 3.0 (typ.) kΩ RTCS TC span compensation 10 – 120 kΩ RO1, RO2 Offset adjustment 0 – 500 Ω RTCO1, RTCO2 TC offset adjustment 0.1 – 10.0 MΩ C1 330 nF C2 ± 10% 4.7 nF C3 ± 10% 1.0 nF * not needed in basic application (Figure 6) TOPOLOGIE DER ANWENDUNG MIT SCHUTZFUNKTIONEN RO1RO2 RTCS RTCO1 RTCO2 RS RS RS RS 16 15 14 13 12 11 10 1234567 AM427 N.C. N.C. Ground D1VOUT C2 R3 R4 VS Abbildung 7 Analog Microelectronics behält sich Änderungen von Abmessungen, technischen Daten und sonstigen Angaben ohne vorherige Ankündigung vor.