AM442

AM442 AME | Alldatasheet

Document overview

• Manufacturer or author: Provided By ALLDATASHEET.COM(FREE DATASHEET DOWNLOAD SITE)
• PDF pages: 9

Technical content

STROM–WANDLER–IC AM442 analog microelectronics August 2001 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. 2.0 Internet: http://www. analogmicro.de E–Mail: info@analogmicro .de EIGENSCHAFTEN

• Versorgungsspannung: 6...35V
• Großer Arbeitstemperaturbereich: –40°C...+85°C
• Einstellbare Referenzspannungs- quelle: 4,5 bis 10V
• Instrumentenverstärker mit großem Eingangsspannungsbereich
• Zusätzliche Spannungs- und Strom- quelle
• Einstellbare Verstärkung und Offset
• Zweidraht-Betrieb: 4...20mA
• Dreidraht-Betrieb: 0/4...20mA
• Einstellbarer Ausgangsstrombereich
• Verpolschutz
• Einstellbar: Stromabschaltung bei Überspannung
• Übertemperaturabschaltung ANWENDUNGEN
• Sensorsignalverarbeitung
• Programmierbare Stromquelle
• Meßumformer
• Leitungstreiber ALLGEMEINE BESCHREIBUNG Der AM442 ist ein monolithisch integrierter Strom-Wandler, welcher speziell für die Aufbe- reitung differentieller Brückensignale entwickelt worden ist. Das IC sowohl für Zwei- als auch Dreidraht-Anwendungen konzipiert und besteht aus vier Funktionsblöcken: Als Eingangsstufe dient ein hochgenauer Instrumentenverstärker (IA). Eine zwischen 4,5 und 10V einstellbare Referenzspannungsquelle steht für die Versor- gung externer Bauteile zur Verfügung, und eine spannungsgesteuerte Ausgangsstufe liefert das Stromsignal. Ein zusätzlicher Operationsver- stärker kann als Stro m- oder Spannungsquelle beschaltet werden. De r AM442 liefert damit Ausgangsströme in den gängigen Industriestan- dards (0/4–20mA, 12 ± 8mA) und übernimmt die Versorgung externer Systemkomponenten. LIEFERFORMEN
• DIL16-Gehäuse
• SOP16(n)-Gehäuse
• Dice auf 5“ Dehnfolie aufgespannt BLOCKSCHALTBILD Spannungsreferenz V I SET OUT RS+ RS− VREFVSET GAIN− GAIN+ IN+ VCC GAINGND AM442 IN− 10 11 12 13 15 714 IA CVREF VBG CVSET DIS OP Abbildung 1

STROM–WANDLER–IC AM442 analog microelectronics August 2001 ELEKTRISCHE SPEZIFIKATIONEN Tamb = 25°C, VCC = 24V, VREF = 5V, IREF = 1mA (unless otherwise noted) Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit Voltage Range VCC 63 5 V Quiescent Current ICC Tamb = – 40...+85°C, IREF = 0mA 1.5 mA Temperature Specifications Operating Tamb –40 85 °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 Voltage Reference Voltage VREF VSET not connected 4.75 5.00 5.25 V VREF VSET = GND, VCC ≥ 11V 9.5 10.0 10.5 V Trim Range VR10 4.5 VR10 V Current IREF*0 1 0 m A VREF vs. Temperature d VREF/dTT amb = – 40...+85°C ±90 ±140 ppm/°C Line Regulation d VREF/dVV CC = 6V...35V 30 80 ppm/V dVREF/dV VCC = 6V...35V, IREF ≈ 5mA 60 150 ppm/V Load Regulation d VREF/dI 0.05 0.10 %/mA dVREF/dI IREF ≈ 5mA 0.06 0.15 %/mA Load Capacitance CL 1.9 2.2 5.0 µF Current/Voltage Source Internal Reference VBG 1.20 1.27 1.35 V VBG vs. Temperature d VBG/dTT amb = – 40...+85°C ±60 ±140 ppm/°C Current Source: ICV = VBG/REXT Adjustable Current Range ICV*0 1 0 m A Output Voltage VCV VCC < 19V VBG VCC – 5 V VCV VCC ≥ 19V VBG 14 V Voltage Source: VCV = VBG (REXT1 + REXT2) / REXT2 Adjustable Voltage Range VCV VCC < 19V 0.4 VCC – 5 V VCV VCC ≥ 19V 0.4 14 V Output Current ICV*S o u r c e 1 0 m A ICV Sink –100 µA Load Capacitance CL Source mode 0 1 10 nF SET Stage Internal Gain GSET 0.5 Input Voltage VSET 01 . 1 5 V Offset Voltage VOS ±0.5 ±1.5 mV VOS vs. Temperature d VOS/dT ±1.6 ±5µ V / ° C Input Bias Current IB 82 0 n A IB vs. Temperature d IB/dT 71 8 p A / ° C * In 2–wire operation a maximum current of IOUTmin – ICC is valid Currents flowing into the IC are negative

STROM–WANDLER–IC AM442 analog microelectronics August 2001 Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit Instrumentation Amplifier Adjustable Gain GIA 15 Differential Input Voltage Range VIN SET = GND 0 580/ GIA mV Common Mode Input Range CMIR V CC < 9V, ICV < 2mA 1.5 VCC – 3 V CMIR VCC ≥ 9V, ICV < 2mA 1.5 6.0 V Common Mode Rejection Ratio CMRR 80 90 dB Power Supply Rejection Ratio PSRR 80 90 dB Offset Voltage VOS ±1 ±3m V VOS vs. Temperature d VOS/dT ±5µ V / ° C Input Bias Current IB 82 0 n A IB vs. Temperature d IB/dT 61 5 p A / ° C Input Offset Current IOS 0.2 nA IOS vs. Temperature d IOS/dT 0.8 pA/°C Output Voltage Range FS VOUTFS V OUTFS = VGAIN+ – VGAIN– 400 500 580 mV Load Capacitance CL 250 pF V/I Converter Internal Gain GVI 1.00 Trim Range adjustable by R0 0.75 1.00 1.25 Voltage Range at R0 FS VR0FS 400 500 580 mV Offset Voltage VOS βF ≥ 100 ±2 ±4m V VOS vs. Temperature d VOS/dT βF ≥ 100 ±7 ±14 µV/°C Output Offset Current IOUTOS 3–wire operation –25 –35 µA IOUTOS vs. Temperature d IOUTOS/dT 3–wire operation 16 26 nA/°C Output Offset Current IOUTOS 2–wire operation 9.5 14 µA IOUTOS vs. Temperature d IOUTOS/dT 2–wire operation 6 8 nA/°C Output Control Current IOUTC 2–wire operation, VR0/100mV 6 8 µA IOUTC vs. Temperature d IOUTC/dT 2–wire operation –10 –15 nA/°C Output Voltage Range VOUT VOUT = RL IOUT, VCC < 18V 0 VCC – 6 V VOUT VOUT = RL IOUT, VCC ≥ 18V 01 2 V Output Current Range FS IOUTFS IOUT = VR0/R0, 3–wire operation 20 mA Output Resistance ROUT 0.5 1.0 MΩ Load Capacitance CL 0 500 nF Protection Functions Voltage Limitation at R0 VLIMR0 VR0 = VIN GIA, SET = GND 580 640 700 mV Limitation Switch-Off DIS DIS = VREF, SET = GND V IN GIA mV VLIMR0 VIN = 0, VR0 = VSET/2 580 635 690 mV Temperature Limitation TLIMIT 110 130 150 °C Protection against reverse polarity Ground vs. VS vs. IOUT 35 V Current in case of reverse polarity Ground = 35V, VS = IOUT = 0 4.5 mA System Parameters Nonlinearity ideal input 0.05 0.15 %FS

STROM–WANDLER–IC AM442 analog microelectronics August 2001 RANDBEDINGUNGEN Parameter Symbol Conditions Min. Typ. Max. Unit Sense Resistor R0 IOUTFS = 2 0 m A 2 02 52 9 Ω R0 c = 20mA/IOUTFS c ⋅ 20 c ⋅ 25 c ⋅ 29 Ω Stabilisation Resistor R5 IOUTFS = 2 0 m A 3 54 04 5 Ω R5 c = 20mA/IOUTFS c ⋅ 35 c ⋅ 40 c ⋅ 45 Ω Load Resistance RL limitation only for 3–wire operation 0 600 Ω Sum Gain Resistors R1 + R2 25 50 kΩ Sum Offset Resistors R3 + R4 20 200 kΩ VREF Capacitance C1 1.9 2.2 5.0 µF Output Capacitance C2 only for 2–wire operation 90 100 250 nF D1 Breakdown Voltage VBR 35 50 V T1 Forward Current Gain βF 50 150 FUNKTIONSDIAGRAMME V I IA VS IOUT RL Ground VIN RIN RA RB Spannungsreferenz oder Stromquelle 3−Draht−System Abbildung 2 V I IA VS IOUT RL Ground VIN RIN RA RB Spannungsreferenz oder Stromquelle 2−Draht−System Abbildung 3

STROM–WANDLER–IC AM442 analog microelectronics August 2001 FUNKTIONSBESCHREIBUNG Der AM442 ist ein monolithisch integrierter Stro m-Wandler, welcher speziell für die Aufbereitung differentieller Brückensignale entwickelt worden ist. Über die Variation einiger weniger externer Bauteile kann der Ausgangsstrom in einem weiten Bereich eingestellt werden. Zusätzlich zu den Widerständen R 0 – R5 und der Kapazität C1 (C2) werden nur noch ein externer Ausgangstransistor T1 und eine Diode D1 benötigt (siehe Abbildung 8 und Abbil dung 9). Der externe Transistor verrin- gert die Verlustleistung des ICs, und die Diode ge währleistet den Verpolschutz dieses Transistors. Für die Auswahl des Transistors und der Diode muß die maximale Verlustleistung der Bauteile be- achtet werden. Typische Werte für die externen Komponenten finden sich in den nachfolgenden Anwendungsbeschreibungen. Prinzipiell können mit dem AM442 Zwei- oder Drei draht-Systeme für industrielle Anwendungen realisiert werden. Eine schematische Skizze für das Dreidraht-System ist in Abbildung 2 aufgezeigt. Die differentielle Eingangsspannung VIN ist hierbei durch einen variablen Widerstand dargestellt. Der externe Referenzpunkt Ground ist identisch mit der IC-Masse ( GND) und die Versorgungs- spannung des ICs entspricht der Versorgungsspannung des Systems: VCC = VS. Im Gegensatz dazu wird im Zweidraht-Betrieb (Abbildung 3) der IC–Masse (GND) zwischen den Widerständen R5 und RL angeschlossen. In diesem Fall hängt die Versorgungsspannung des ICs VCC von der Versorgungs- spannung des Systems VS und dem Wert des Lastwiderstands RL ab und kann berechnet werden mit: LOUTSCC RIVV −= Im Wesentlichen besteht der AM442 aus 4 Funktionsblöcken (siehe Abbildung 1): 1. Der hochgenaue Instrumentenverstärker als Eingangsstufe gestattet aufgrund seiner einstellbaren Verstärkung Anwendungen für eine Vielzahl von Eingangssignalen und Sensoren. Die Verstär- kung GIA wird über zwei externe Widerstände R1 und R2 eingestellt. Für die Auswahl der Wider- stände muß die in den Randbedingungen angegebene Summe R1 + R2 eingehalten werden. Bei der Beschaltung des Instrumentenverstärkers muß auf die korrekte Polarität des Eingangssignals geachtet werden. 1. Am spannungsgesteuerte Strom- ausgang kann mit Hilfe der inter- nen Spannungsreferenz über die externen Widerstände R 3 und R4 (siehe die Anwendungsbeschrei- bungen ab Seite 8) ein Offsetstrom am Ausgang eingestellt werden. Der Ausgangsstrom I OUT wird von einem externen Transistor T1 be- reitgestellt, der vom Ausgang (OUT) des ICs angesteuert wird. Als besondere Eigenschaft verfügt der AM442 wahlweise über eine Abschaltung des Ausgangsstroms (Disable-Pin DIS). Wird der Disable-Pin DIS mit der Refe- renzspannung VREF verbunden, wird der Ausgangsstro m bei eingangsseitiger Überspannung nicht abgeschaltet. Wird der Disable-Pin nich t kontaktiert, ist die Stromabschaltung aktiviert (Abbildung 4). Als weitere Si cherheitsvorkehrung verfügt de r AM442 über eine integrierte G VIN [mV] IOUT [mA] VLIMR0 DIS nicht kontaktiert DIS = VREF Abbildung 4

STROM–WANDLER–IC AM442 analog microelectronics August 2001 Übertemperaturabschaltung. Falls das IC sich zu sehr erwärmt, wird der Ausgangsstrom abge- schaltet. 2. Die einstellbare Referenzspannungsquelle (VSET = N.C. oder VSET = GND) steht für die Span- nungsversorgung von Sensoren oder anderen extern en Bauteilen zur Verfügung. Über einen ex- ternen Spannungsteiler kann da rüber hinaus jeder beliebige Spannungswert zwischen 4,5 und 10V eingestellt werden. Wichtig: Die Kapazität C1 (Keramik) muß auch dann kontaktiert wer- den, wenn die Spannungsreferenz nicht benutzt wird. 3. Der zusätzliche Operationsverstärker kann als Strom–/Spannungsquelle für externe Bauteile benutzt werden Inbetriebnahme des AM442: Für einen ersten Offset–Abgleich des Ausgang sstroms muß der Eingang kurzgeschlossen werden (VIN = 0). Hierbei ist besonders da rauf zu achten, daß sich die Ei ngangspins des Instrumentenver- stärkers auf den in den Elektrischen Spezifikationen vorgeschriebenen Spannungspotientialen befin- den (Eingangsspannungsbereich). Mit dem Kurzschl uß am Eingang ergibt sich ein Ausgangsstrom IOUT = ISET mit ()IV V R R RRSET IN REF== ⋅ +0 2 0 Das Einstellen des Ausgangsstrombereichs hängt ab von der Wahl der externen Widerstände R1 und R2. Der maximale Ausgangsstrom wird über die allg emeine Transferfunktion des ICs definiert. Für den Ausgangsstrom IOUT ergibt sich: SET IA INOUT IR GVI += Der Verstärkungsfaktor 211 RRGIA += des Instrumentenverstärker s wird von der Eingangsspan- nung VIN und dem maximalen Ausgangsstrom IOUTmax bestimmt. Die minimalen Versorgungsspannung hängt zum einen vom Wert der Referenzspannung ab. Es gilt: VVCC REF≥+ 1V . Die Wahl der Versorgungsspannung VS hängt außerdem von dem jeweiligen Lastwiderstand RL der Anwendung ab. Die folgende Ungleichung bestimmt die minimale Versorgungsspannung: VI RVS OUTmax L CCmin≥+ . Der resultierende Betriebsbereich ist in Abbildung 5 gezeigt. Bei- spielrechnungen und typische Werte für die externen Bauteile finden sich in den Anwendungsbe- schreibungen ab Seite 8. VS [V] RL [Ω] 6 35 VCCmin = 6V RLmax = 600Ω IOUTmax = 20mA R VV IL SC C m i n OUTmax ≤ − 2412 600 Arbeitsbereich 300 Abbildung 5

STROM–WANDLER–IC AM442 analog microelectronics August 2001 PINOUT 8 9 RS+ VCC RS CVREF CVSET SET IN DIS GND VSET GAIN+ GAIN GAIN IN+ VREF OUT Abbildung 6 LIEFERFORMEN Der AM442 ist lieferbar als:

• 16-Pin-DIL
• SO16 (n) (Maximale Verlustleistung PD = 300mW)
• Dice auf 5“ Dehnfolie aufgespannt GEHÄUSEABMESSUNGEN SO16 (n) PIN NAME BEDEUTUNG

1 RS+ Senswiderstand +

2 VCC Versorgungsspannung

3 RS– Senswiderstand –

4 OUT Ausgang

5 CVREF Strom–/Spannungsreferenz

6 CVSET Einstellen Strom–/Spannungsreferenz

7 SET Einstellen des Ausgangsoffsetstroms

8 IN– Negativer Eingang

9 IN+ Positiver Eingang

10 GAIN– Einstellen der Verstärkung

11 GAIN Einstellen der Verstärkung

12 GAIN+ Einstellen der Verstärkung

13 VSET Wahl der Referenzspannung

14 GND IC–Masse

15 VREF Ausgang Referenzspannungsquelle

16 DIS Einstellen Ausgangsstufe

0°-10°≥ 0,3 6,2 ± 0,2 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 7

STROM–WANDLER–IC AM442 analog microelectronics August 2001 TYPISCHE DREIDRAHT–ANWENDUNG (0–20mA) Im Dreidraht–Betrieb muß Pin 2 ( VCC) mit Pin 1 ( RS+) und die IC–Masse 14 ( GND) mit Ground verbunden werden. In der vorliege nden Anwendung (Abbildung 8) ist der Ausgang so eingestellt, daß der Ausgangsstrom bei Überspannung am Eingang nicht abgeschaltet wird ( DIS = VREF). Die Verstärkung GIA wird über die externen Widerstände R1 und R2 eingestellt und ergibt sich zu 11 2121 −=⇒+= IAIA GRRRRG In einer Anwendung 0–20mA wird der Strom ISET zu Null gesetzt ( ISET = GND). Die Transfer- funktion für den Ausgangsstrom IOUT lautet dann

00 RGVIRGVI IAINSETIAINOUT =+=

Die Versorgungsspannung VS muß unter Berücksichtigung des Lastwiderstandes RL gewählt wer- den: VI RSO U T m a x L≥+ 6V Die Meßbrücke wird von dem zusätzlichen OP mit Strom versorgt. Der Versorgungsstrom IS für die Sensorbrücke kann über den Widerstand RSET bestimmt werden I V RS BG SET Beispiel: Ausgangsstrombereich 0...20mA Für die Werte der externen Bauteile ergeben sich mit VIN =0 250K mV , VREF =5V , 2 =IAG : R0 = 25Ω R1 = 22kΩ R 2 = 22kΩ R5 = 40Ω RL = 0...600Ω C1 = 2,2µF Spannungsreferenz V I AM442 10 11 12 13 15 714 IA VBG OP RSET RREF VIN R2 R1 Ground VS IOUT RL Abbildung 8

STROM–WANDLER–IC AM442 analog microelectronics August 2001 TYPISCHE ZWEIDRAHT–ANWENDUNG (4–20mA) Im Zweidraht–Betrieb muß Pin 2 ( VCC) mit Pin 3 ( RS–) und IC–Masse 14 ( GND, ⊥) mit dem Lastwiderstand RL verbunden werden. In der vorliegenden Anwendung (Abbildung 9) ist der Aus- gang so eingestellt, daß der Ausgangsstrom bei Überspannung abgeschaltet wird (DIS nicht kontak- tiert). Die Verstärkung GIA wird über die externen Widerstände R1 und R2 eingestellt und ergibt sich zu 11 2121 −=⇒+= IAIA GRRRRG Die Transferfunktion für den Ausgangsstrom IOUT lautet SETIAINOUT IRGVI += 0 mit dem Strom ISET, der über die externen Widerstände R3 und R4 eingestellt wird. I V R R RR R R V RISET REF REF SET =⋅ + ⇒= −22 1 Die Versorgungsspannung muß unter Berücksichtigung des Lastwiderstandes RL gewählt werden: VI RSO U T m a x L≥+ 6V Beispiel: Ausgangsstrombereich 4...20mA Für die Werte der externen Bauteile ergeben sich mit VIN =0 200K mV , VREF =5V , 2 =IAG : R0 = 25Ω R1 = 22kΩ R 2 = 22kΩ R3 = 100kΩ R 4 = 0...5kΩ R5 = 40Ω RL = 0...500Ω C 1 = 2,2µF C2 = 100nF Spannungsreferenz V I AM442 10 11 12 13 15 714 IA VBG OP VIN R2 R1 Ground VS IOUT RL Abbildung 9 Analog Microelectronics behält sich Änderungen von Abmessungen, technischen Daten und sonstigen Angaben ohne vorherige Ankündigung vor.