iC-MSB SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1V - iC-Haus

iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 1/30
EIGENSCHAFTEN
ANWENDUNGEN
♦ PGA-Eingänge bis 500 kHz für differenzielle oder referenzierte
Sensorsignale
♦ Wählbare Anpassung an Spannungs- oder Stromsignale
♦ Signalpfad-Multiplexer zur flexiblen Pin-Zuordnung
♦ Sin/Cos-Signalkonditionierung für Offset, Amplitude u. Phase
♦ Separat konditionierbares Nullsignal
♦ Kurzschlussfeste und verpolungstolerante Ausgangstreiber
(1 Vss an 100 Ω)
♦ Stabilisierte Ausgangssignale durch Regelung des Sensors
♦ Signal- und Systemüberwachung mit konfigurierbarer
Alarmanzeige
♦ Überwachte Versorgungsspannung mit integrierten Schaltern
für verpolsichere Systeme
♦ Übertemperaturschutz mit einstellbarem Sensor
♦ I2 C Multi-Master Schnittstelle
♦ Versorgung 4.3 bis 5.5 V, Betrieb von -25(-40) bis 100(115) °C
♦ Geeignet für SAFETY -Anwendungen
♦ Prüfbare Versionsnummer
♦ Variante iC-MSB2 mit Ausgangsmultiplexer (nicht für
SAFETY )
♦ Kalibrierbares Sensorinterface
für optische und magnetische
Positionssensoren
♦ Messtaster und inkrementale
Drehgeber
♦ Linearmaßstäbe
GEHÄUSE
TSSOP20, TSSOP20-TP
BLOCKSCHALTBILD
Copyright © 2006, 2013 iC-Haus
http://www.ichaus.com
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 2/30
KURZBESCHREIBUNG
iC-MSB ist ein Signalkonditionierer mit Leitungstreiber für Sinus-Cosinus-Sensoren, die z.B. in Wegund Winkelgebern zur Positionsmessung verwendet
werden.
Programmierbare Instrumentenverstärker mit wählbarer Verstärkung erlauben differenzielle oder referenzbezogene Eingangssignale; gleichzeitig sind Betriebsarten für hochohmige oder niederohmige Eingangsimpedanz wählbar. Durch die Anpassung an
Spannungs- oder Stromsignale ist der direkte Anschluss von MR-Sensorbrücken oder Photosensoren
möglich.
Die integrierte Signalkonditionierung erlaubt einen
genauen Abgleich der Signalamplituden und Offsetspannungen, sowie die Korrektur eines Phasenfehlers zwischen dem Sinus- und Cosinus-Signal. Die
Konditionierung des Nullsignals ist bezüglich Verstärkung und Offset separat einstellbar, die Ausgabe erfolgt wahlweise als Analog- oder als kompariertes
Rechtecksignal (Lo/Hi-Pegel analog zur Sin/Cos-Amplitude).
Zur Stabilisierung der Sinus/Cosinus-Ausgangssignale wird aus den aufbereiteten und kalibrierten
Eingangssignalen ein Regelsignal gewonnen, das
über die integrierte 50-mA-Treiberstufe die SendeLED optischer Systeme ansteuern kann (Ausgang
ACO). Werden MR-Sensoren angeschlossen, übernimmt diese Treiberstufe die Versorgung der Messbrücken.
Durch die Nachführung der Sensor-Energieversorgung werden mögliche Signalschwankungen, Temperatur- und Alterungseffekte ausgeglichen und
die eingestellte Signalamplitude exakt eingehalten.
Gleichzeitig überwacht die Regelschaltung die Funktion des Sensors sowie die Verbindung: Ein Signalverlust z. B. durch Unterbrechung, Kurzschluss, Verschmutzung oder Alterung wird durch Erreichen der
Regelungsgrenzen erkannt und am Alarmausgang
ERR angezeigt.
Der Baustein iC-MSB ist gegen eine verpolte Versorgungsspannung geschützt und erweitert diesen
Schutz auf das System durch einen integrierten
Spannungsschalter bis 20 mA. Die analogen Ausgangstreiber sind direkt kabeltauglich und tolerant
gegen eine fehlerhafte Verdrahtung – das Anlegen
der Versorgungsspannung an diese Pins führt nicht
zur Zerstörung des Bausteins.
Die Bausteinkonfiguration und Kalibrierparameter
werden CRC-geschützt in einem externen EEPROM
gespeichert und nach Anlegen der Versorgungsspannung automatisch über die I2C-Schnittstelle geladen.
Für den Baustein iC-MSB wurde auf Device-Ebene
inklusive Schaltungstechnik und Layout eine sicherheitstechnische Analyse (FMEA) mit der BGIA, St.
Augustin, durchgeführt und im Ergebnis bestätigt. iCMSB kann mit Siemens Sinumerik-Steuerungen für
sicherheitsgerichtete Anwendungen eingesetzt werden.
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 3/30
INHALT
GEHÄUSE INFORMATION
PIN-BELEGUNG TSSOP20, TSSOP20-TP .
4
4
GRENZWERTE
5
THERMISCHE DATEN
5
KENNDATEN
6
PROGRAMMIERUNG
10
SERIELLE
KONFIGURATIONS-SCHNITTSTELLE
(EEPROM)
Beispiel der CRC Berechnungsroutine . . . .
EEPROM-Auswahl . . . . . . . . . . . . . . .
I2 C-Slave-Modus (ENSL = 1) . . . . . . . . .
13
13
13
14
BIAS-STROMQUELLE- UND
TEMPERATURSENSOR-KALIBRIERUNG
15
BETRIEBSARTEN
Abgleichbetriebsarten . . . . . . . . . . . . .
Spezielle Baustein-Testfunktionen . . . . . .
Signalfilter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
16
16
16
TESTMODUS
17
EINGANGSKONFIGURATION
Stromsignale . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Spannungssignale . . . . . . . . . . . . . . .
18
18
18
SIGNALPFAD-MULTIPLEXER: iC-MSBSAFETY
20
ERWEITERTER
SIGNALPFAD-MULTIPLEXER: iC-MSB2
( nicht für Sicherheitsanwendungen )
21
SIGNALKONDITIONIERUNG CH1 und CH2
Verstärkungseinstellung CH1, CH2 . . . . . .
Offsetabgleich CH1 und CH2 . . . . . . . . .
Phasenabgleich CH1 gg. CH2 . . . . . . . .
22
22
23
23
SIGNALKONDITIONIERUNG CH0
Verstärkungseinstellung CH0 . . . . . . . . .
Offsetabgleich CH0 . . . . . . . . . . . . . .
24
24
24
SIGNALPEGEL-REGLER und
SIGNALÜBERWACHUNG
25
FEHLERÜBERWACHUNG UND
ALARMAUSGABE
Alarmausgabe: I/O-Pin ERR
Übertemperatur-Warnung . .
Treiberabschaltung . . . . . .
Fehler-Protokoll . . . . . . . .
27
27
27
27
28
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
VERPOLUNGSSCHUTZ
28
APPLIKATIONSHINWEISE
Anschluss von Magneto-Resistiven
Sensorbrücken für Safety-Anwendungen
SPS-Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
29
29
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 4/30
GEHÄUSE INFORMATION
PIN-BELEGUNG TSSOP20, TSSOP20-TP
PIN-FUNKTIONEN
Nr. Name Funktion
1
2
3
4
5
X1
X2
X3
X4
VDDS1)
6 GNDS1)
7 X5
8 X6
9 ACO
10 SDA
11 SCL
12
13
14
15
16
17
18
19
20
NC
PC
NS
PS
GND
VDD
NZ
PZ
ERR
TP2)
Signaleingang 1 (Index +)
Signaleingang 2 (Index -)
Signaleingang 3
Signaleingang 4
Geschaltete Versorgungsspannung und
interne Analogversorgung
(verpolungssicher, Last max. 20 mA)
Geschaltete Masse
(verpolungssicher)
Signaleingang 5
Signaleingang 6
Signalpegelregler,
Highside-Stromquellen-Ausgang
Serielle Konfigurations-Schnittstelle,
Datenleitung
Serielle Konfigurations-Schnittstelle,
Taktleitung
Ausgang Cosinus Ausgang Cosinus +
Ausgang Sinus Ausgang Sinus +
Masse
+4.5...+5.5 V Versorgungsspannung
Ausgang Nullsignal Ausgang Nullsignal +
Fehlersignal (In/Out),
Testmodus Triggereingang
Thermal Pad (TSSOP20-TP)
1) Es ist empfehlenswert, die analogen Chip-Versorgungsanschlüsse mit einem kurz angeschlossen Kondensator von mindestens 100 nF abzublocken.
2) Das Thermal-Pad auf der Gehäuseunterseite ist zwecks verbesserter Wärmeabfuhr mit einer auf GNDS-Potenzial liegenden Kupferfläche zu verbinden.
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 5/30
GRENZWERTE
Grenzwerte sind keine zulässigen Betriebsbedingungen, die Funktion ist nicht garantiert.
Eine Überschreitung von Grenzwerten kann den Baustein schädigen.
Kenn- FormelNr.
zeichen
Benennung
Bedingungen
Einh.
Min.
Max.
G001 V()
Spannung an VDD, GND, PC, NC, PS,
NS, PZ, NZ, ACO
-6
6
V
G002 V()
Spannung an ERR
-6
8
V
G003 V()
Pin-Pin-Spannung zwischen VDD,
GND, PC, NC, PS, NS, PZ, NZ, ACO,
ERR
6
V
G004 V()
Spannung an X1...X6, SCL, SDA
-0.3
VDDS +
0.3
V
G005 I(VDD)
Strom in VDD
-100
100
mA
G006 I()
Strom in VDDS, GNDS
-50
50
mA
G007 I()
Strom in X1...X6, SCL, SDA, ERR, PC,
NC, PS, NS, PZ, NZ
-20
20
mA
G008 I(ACO)
Strom in ACO
-100
20
mA
G009 Vd()
Zulässige ESD-Prüfspannung an allen HBM, 100 pF entladen über 1.5 kΩ
Pins
2
kV
G010 Ptot
Zulässige Verlustleistung
300
400
mW
mW
G011 Tj
Chip-Temperatur
-40
150
°C
G012 Ts
Lagertemperatur
-40
150
°C
TSSOP20
TSSOP20-TP
THERMISCHE DATEN
Betriebsbedingungen: VDD = 4.3...5.5 V
Kenn- FormelNr.
zeichen
T01 Ta
Benennung
Bedingungen
Einh.
Min.
Zulässiger
Umgebungstemperaturbereich
iC-MSB TSSOP20, iC-MSB2 TSSOP20
iC-MSB TSSOP20-TP
Typ
-25
-40
Max.
100
115
°C
°C
T02
Rthja
Thermischer Widerstand
Chip / Umgebung
TSSOP20, Lötmontage auf PCB
nach JEDEC 51
80
K/W
T03
Rthja
Thermischer Widerstand
Chip / Umgebung
TSSOP20-TP, Lötmontage auf PCB
nach JEDEC 51
35
K/W
Alle Spannungsangaben beziehen sich auf Pin GNDS, wenn kein anderer Bezugspunkt angegeben ist.
In den Baustein hinein fließende Ströme zählen positiv, heraus fließende Ströme negativ.
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 6/30
KENNDATEN
Betriebsbedingungen: VDD = 4.3...5.5 V, Tj = -40...125 °C, IBN auf 200 µA kalibriert, Bezugspunkt GNDS, wenn nicht anders angegeben.
Kenn- FormelNr.
zeichen
Allgemeines
001 VDD
Benennung
Bedingungen
Einh.
Min.
Zulässige Versorgungsspannung Laststrom I(VDDS) < -10 mA
VDD gegen GND
002
I(VDD)
Versorgungsstrom in VDD nach
GND
003
I(VDDS)
Zulässiger Laststrom in VDDS
004
Vcz()hi
Clamp-Spannung hi an allen Pins
005
Vc()hi
Clamp-Spannung hi an
Eingängen SCL, SDA
Vc()hi = V() − V(VDDS), I() = 1 mA
006
Vc()hi
Clamp-Spannung hi an
Eingängen X1...X6
Vc()hi = V() − V(VDDS), I() = 4 mA
007
Vc()lo
Clamp-Spannung lo an allen Pins I() = -4 mA
008
Irev(VDD)
Stromaufnahme VDD gg. GND
bei Verpolung
Signalkonditionierung, Eingänge X3...X6
101 Vin()sig
Zulässiger
Eingangsspannungsbereich
Typ
4.3
4.5
Tj = 27 °C, ohne Last
25
-20
V(VDD) = −5.5 V...−4.3 V
RIN12(3:0) = 0x01
RIN12(3:0) = 0x09, BIAS12 = 1
RIN12(3:0) = 0x09, BIAS12 = 0
Max.
5.5
5.5
V
V
50
mA
0
mA
11
V
0.4
1.5
V
0.3
1.2
V
-1.2
-0.3
V
-1
1
mA
0.75
VDDS
− 1.5
VDDS
VDDS
− 1.5
V
0
0
V
V
102
Iin()sig
Zulässiger Eingangsstrombereich RIN12(0) = 0, BIAS12 = 0
RIN12(0) = 0, BIAS12 = 1
-300
10
-10
300
µA
µA
103
104
Iin()
Eingangsstrom
RIN12(3:0) = 0x01
-10
10
µA
Rin()
Eingangswiderstand gg. VREFin Tj = 27 °C;
RIN12(3:0) = 0x09
RIN12(3:0) = 0x00
RIN12(3:0) = 0x02
RIN12(3:0) = 0x04
RIN12(3:0) = 0x06
16
1.1
1.6
2.2
3.2
24
2.1
3.0
4.2
6.0
kΩ
kΩ
kΩ
kΩ
kΩ
105
106
TCRin()
107
G12
Temperaturkoeffizient von Rin
VREFin12 Referenzspannung
20
1.6
2.3
3.2
4.6
0.15
RIN12(0) = 0, BIAS12 = 1
RIN12(0) = 0, BIAS12 = 0
1.35
2.25
1.5
2.5
Einstellbare Verstärkungsfaktoren RIN12(3:0) = 0x01, GR12 und GF12 = 0x0
RIN12(3:0) = 0x01, GR12 und GF12 = max.
2
100
RIN12(3:0) = 0x09, GR12 und GF12 = 0x0
RIN12(3:0) = 0x09, GR12 und GF12 = max.
0.5
25
%/K
1.65
2.75
V
V
108
∆Gdiff
Diff. Verstärkungsgenauigkeit
11-Bit Abgleich
-0.5
0.5
LSB
109
∆Gabs
Absolute Verstärkungsgenauigkeit
11-Bit Abgleich, Monotonie garantiert
-1
1
LSB
110
Vin()diff
Empfohlene
Diff.-Eingangsspannung
Vin()diff = V(CHPx) − V(CHNx);
RIN12(3) = 0
RIN12(3) = 1
10
40
500
2000
mVpp
mVpp
Vin()os
Offsetspannung Eingangsstufe
bezogen auf Eingangsseite
0
VOScal
Abgleichbereich Offset
bezogen auf die gewählte Quelle (VOS12);
ORx = 00
ORx = 01
ORx = 10
ORx = 11
111
112
20
µV
±100
±200
±600
±1200
%V()
%V()
%V()
%V()
113
∆VOSdiff
Differentieller Linearitätsfehler
der Offsetkorrektur
11-Bit Abgleich
-0.5
0.5
LSB
114
∆VOSint
Integraler Linearitätsfehler der
Offsetkorrektur
11-Bit Abgleich
-1
1
LSB
115
PHIkorr
Abgleichbereich Phasenkorrektur CH1 gegen CH2
116
∆PHIdiff
Differentieller Linearitätsfehler
der Phasenkorrektur
10-Bit Abgleich
-0.5
0.5
LSB
117
∆PHIint
Integraler Linearitätsfehler der
Phasenkorrektur
10-Bit Abgleich
-1
1
LSB
±10.4
°
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 7/30
KENNDATEN
Betriebsbedingungen: VDD = 4.3...5.5 V, Tj = -40...125 °C, IBN auf 200 µA kalibriert, Bezugspunkt GNDS, wenn nicht anders angegeben.
Kenn- FormelNr.
zeichen
Benennung
Bedingungen
Einh.
Min.
Typ
Max.
119
fin()max
Zulässige Eingangsfrequenz
500
kHz
120
fhc()
Grenzfrequenz (-3dB) Eingangsverstärker
250
kHz
Signalkonditionierung, Eingänge X1, X2
201 Vin()sig
Zulässiger
Eingangsspannungsbereich
RIN0(3:0) = 0x01
0
VDDS
− 1.5
VDDS
202
Iin()sig
Zulässiger
Eingangssstrombereich
RIN0(0) = 0, BIAS0 = 0
RIN0(0) = 0, BIAS0 = 1
-300
10
-10
300
µA
µA
203
Iin()
Eingangsstrom
RIN0(3:0) = 0x01, BIASEX = 0-
-10
204
Vout(X2)
Ausgangsspannung an X2
BIASEX = 10, I(X2) = 0, bezogen auf VREFin12
95
205
Vin(X2)
Zulässige Eingangsspannung an BIASEX = 11
X2
0.5
206
Rin(X2)
Eingangswiderstand an X2
20
207
Rin()
Eingangswiderstand gg. VREFin Tj = 27 °C;
RIN0(3:0) = 0x09
RIN0(3:0) = 0x00
RIN0(3:0) = 0x02
RIN0(3:0) = 0x04
RIN0(3:0) = 0x06
16
1.1
1.6
2.2
3.2
RIN0(3:0) = 0x09
BIASEX = 11, RIN0(3:0) = 0x01, RIN12(3:0) =
0x01
0.75
10
µA
%
VDDS
−2
V
27
35
kΩ
20
1.6
2.3
3.2
4.6
24
2.1
3.0
4.2
6.0
kΩ
kΩ
kΩ
kΩ
kΩ
TCRin()
Temperaturkoeffizient von Rin
VREFin0
Referenzspannung
0.15
210
G0
Einstellbare Verstärkungsfaktoren RIN0(3:0) = 0x01, GR0 und GF0 = 0x0
RIN0(3:0) = 0x01, GR0 und GF0 = max.
2
100
RIN0(3:0) = 0x09, GR0 und GF0 = 0x0
RIN0(3:0) = 0x09, GR0 und GF0 = max.
0.5
25
1.35
2.25
V
105
100
208
209
RIN0(0) = 0, BIAS0 = 1
RIN0(0) = 0, BIAS0 = 0
V
1.5
2.5
%/K
1.65
2.75
V
V
211
∆Gdiff
Diff. Verstärkungsgenauigkeit
5-Bit Abgleich
-0.5
0.5
LSB
212
213
∆Gabs
Absol. Verstärkungsgenauigkeit
5-Bit Abgleich, Monotonie garantiert
-1
1
LSB
Vin()diff
Empfohlene
Diff.-Eingangsspannung
Vin()diff = V(CHP0) − V(CHN0);
RIN0(3:0) = 0x01
RIN0(3:0) = 0x09
10
40
500
2000
mVpp
mVpp
214
Vin()os
Offsetspannung der Eingangsstu- bezogen auf Eingangsseite
fe
215
VOScal
Abgleichbereich Offset
0
bezogen auf die gewählte Quelle (REFVOS);
OR0 = 00
OR0 = 01
OR0 = 10
OR0 = 11
75
µV
±100
±200
±600
±1200
%V()
%V()
%V()
%V()
216
∆VOSdiff
Differentieller Linearitätsfehler
der Offsetkorrektur
6-Bit Abgleich
-0.5
0.5
LSB
217
∆VOSint
Integraler Linearitätsfehler der
Offsetkorrektur
6-Bit Abgleich
-1
1
LSB
4000
kHz
10
°
Signalfilter
301 fg
Grenzfrequenz
302
phi
Phasenverschiebung
Nullimpuls-Komparator PZ, NZ
fin 500 kHz für Sinus/Cosinus
401
Vpk()
CH0 Ausgangsamplitude
EAZ = 1, ADJ(4:0) = 0x19
402
SR()
CH0 Ausgangs-Slew-Rate
EAZ = 1
225
250
275
1
Leitungstreiber-Ausgänge PS, NS, PC, NC, PZ, NZ
501 Vpk()max Zulässige Ausgangsamplitude
VDD = 4.5 V, DC-Pegel = VDD/2,
RL = 50 Ω gg. VDD/2
502
Vpk()
Ausgangsamplitude mit Sensornachführung über ACO
ADJ (8:0) = 0x19
225
503
fg
Grenzfrequenz
CL = 250 pF
500
250
mV
V/µs
300
mV
275
mV
kHz
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 8/30
KENNDATEN
Betriebsbedingungen: VDD = 4.3...5.5 V, Tj = -40...125 °C, IBN auf 200 µA kalibriert, Bezugspunkt GNDS, wenn nicht anders angegeben.
Kenn- FormelNr.
zeichen
Benennung
Bedingungen
Einh.
Min.
504
Vos
Offsetspannung
505
Isc()
Kurzschlussstrom
Kurzschluss gg. VDD oder GND
10
506
Ilk()
Leckstrom
Tristate oder Verpolung
-1
507
508
Rout()
Ausgangswiderstand
MODE = 0x02 (Modus Abgleich 2), BYP = 0
fout()cal
Zulässige Ausgangsfrequenz für MODE = 0x02 (Modus Abgleich 2), BYP = 0
CL = 250 pF
Kalibrierung
509
Rinout()
Bypass-Widerstand
Signalpegel-Regler ACO
601 Vs()hi
Sättigungsspannung hi
an ACO gg. VDD
602
Isc()hi
Kurzschlussstrom hi in ACO
Typ
Max.
±200
30
1
5
7
Vs() = VDD - V();
ADJ(8:0) = 0x11F, I() = -5 mA
ADJ(8:0) = 0x13F, I() = -10 mA
ADJ(8:0) = 0x15F, I() = -25 mA
ADJ(8:0) = 0x17F, I() = -50 mA
-10
-20
-50
-100
I(ACO): 0 → 90 % Sollwert
603
tr()
Anstiegszeit Stromquelle ACO
604
tset()
Einschwingzeit Stromquelle ACO Quadrat-Regelung aktiv, I(ACO): 50 → 100 %
Sollwert
605
It()min
Überwachung Regelbereich 1:
untere Grenze
606
It()max
607
-66
mA
µA
kΩ
2
MODE = 0x02, 0x06, BYP = 1
V() = 0 ... VDD - 1 V;
ADJ(8:0) = 0x11F
ADJ(8:0) = 0x13F
ADJ(8:0) = 0x15F
ADJ(8:0) = 0x17F
µV
50
kHz
kΩ
1
1
1
1
V
V
V
V
-5
-10
-25
-50
mA
mA
mA
mA
1
ms
400
µs
bezogen auf Bereich ADJ(6:5)
3
%Isc
Überwachung Regelbereich 2:
obere Grenze
bezogen auf Bereich ADJ(6:5)
90
%Isc
Vt()min
Überwachung Signalpegel 1:
untere Grenze
bezogen auf Vscq()
40
%Vpp
608
Vt()max
Überwachung Signalpegel 2:
obere Grenze
bezogen auf Vscq()
130
%Vpp
609
Vin(ACO)
Zul. Eingangsspannung für
Offset-Nachführung
gegen GNDS, VOS12 = 0x0
0
VDDS
V
Zulässiger Teststrom
aktiver Testmodus
0
1
mA
Teststrom ERR
701
I(ERR)
Biasstromquelle und Referenzspannungen
801
IBN()
Bias-Stromquelle
MODE(3:0) = 0x01, I(NC) gg. VDDS
180
200
220
µA
802
VPAH
Referenzspannung VPAH
bezogen auf GND
45
50
55
%VDD
803
V05
Referenzspannung V05
450
500
550
804
V025
Referenzspannung V025
50
mV
%V05
Power-Down-Reset
901
VDDon
Einschaltschwelle VDD
(Systemfreigabe)
zunehmende Spannung an VDD gg. GND
3.7
4
4.3
V
902
VDDoff
Abschaltschwelle VDD
(Power-Down-Reset)
abnehmende Spannung an VDD gg. GND
3.2
3.5
3.8
V
903
VDDhys
Hysterese der Schwellen
VDDhys = VDDon − VDDoff
0.3
Interne Taktfrequenz
MODE(3:0) = 0x0A (gemessen am Pin NS)
120
V
Taktoszillator
A01
fclk()
160
200
kHz
Fehlersignal Eingang/Ausgang, Pin ERR
B01
B02
Vs()lo
Sättigungsspannung lo
bezogen auf GND, I() = 4 mA
Isc()
Kurzschlussstrom lo
bezogen auf GND; V(ERR) ≤ VDD
V(ERR) > VTMon
0.4
B03
Vt()hi
Eingangsschwellspannung hi
bezogen auf GND
B04
Vt()lo
Eingangsschwellspannung lo
bezogen auf GND
0.8
B05
Vt()hys
Eingangshysterese
Vt()hys = Vt()hi − Vt()lo
300
500
B06
Ipu()
Eingangs-Pull-Up-Strom
V() = 0 . . . VDD − 1 V, EPU = 1
-400
-300
B07
Rpu()
Eingang Pull-Up Widerstand
EPU = 0
4
2
V
mA
mA
2
V
V
500
mV
-200
µA
kΩ
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 9/30
KENNDATEN
Betriebsbedingungen: VDD = 4.3...5.5 V, Tj = -40...125 °C, IBN auf 200 µA kalibriert, Bezugspunkt GNDS, wenn nicht anders angegeben.
Kenn- FormelNr.
zeichen
Benennung
Bedingungen
Einh.
Min.
B08
Vpu()
Pull-Up-Spannung
Vpu() = VDD − V(), I() = -5 µA, EPU = 1
B09
VTMon
Einschaltschwelle Testmodus
zunehmende Spannung an ERR
B10
VTMoff
Abschaltschwelle Testmodus
abnehmende Spannung an ERR
B11
VTMhys
Hysterese Testmodus
VTMhys = VTMon − VTMoff
B12
Ilk()
Leckstrom
Tristate oder Verpolung
B13
tp()tri
Verzögerungszeit Systemfehler
bis Treiberabschaltung (Tristate)
V(ERR): hi → lo
Typ
Stützkondensator Analogversorgung VDDS gg. GNDS
0.4
V
VDD +
1.5
V
VDD +
0.5
V
0.15
0.3
-1
-10
V
-50
35
Spannungsschalter und Verpolungsschutz VDDS, GNDS
C01 Vs()
Sättigungsspannung
Vs(VDDS) = VDD − V(VDDS)
I(VDDS) = -10...0 mA
VDDS gg. VDD
I(VDDS) = -20...-10 mA
C02 Vs()
Sättigungsspannung
Vs(GNDS) = V(GNDS) − GND
I(GNDS) = 0...10 mA
GNDS gg. GND
I(GNDS) = 10...20 mA
C03 C()
Max.
µA
µs
150
250
mV
mV
150
250
mV
mV
100
nF
Serielle Konfigurations-Schnittstelle SCL, SDA
D01 Vs()lo
Sättigungsspannung lo
D02 Isc()
Kurzschlussstrom lo
D03 Vt()hi
Eingangsschwellspannung hi
D04 Vt()lo
Eingangsschwellspannung lo
D05 Vt()hys
Eingangshysterese
Vt()hys = Vt()hi − Vt()lo
300
500
D06 Ipu()
Eingangs-Pull-Up-Strom
V() = 0...VDDS − 1 V
-600
-300
D07 Vpu()
D08 fclk(SCL)
Eingangs-Pull-Up-Spannung
Vpu() = VDDS − V(), I() = -5 µA
Taktfrequenz an SCL
ENFAST = 0
ENFAST = 1
D09 tbusy()cfg
Dauer der Konfigurationsphase
IBN nicht abgeglichen, EEPROM-Zugriff ohne
Lesefehler, Zeit bis Ausgangsfunktion;
ENFAST = 0
ENFAST = 1
D10 tbusy()err
D11 td()
D12 td()i2c
Ende der I2C-Kommunikation;
Zeit bis Freigabe der I2C-Slave
Funktion
I() = 4 mA
4
Dauer bis I2C-Slave-Freigabe
kein EEPROM, V(SDA) = 0 V
TCs
Temperaturkoeffizient Sensorspannung
E03
VTth
Einschaltschwellspannung für
Temperaturwarnung
60
240
IBN nicht abgeglichen;
V(SDA) = 0 V
V(SCL) = 0 V oder Arbitrierung verloren
kein EEPROM
CRC-Fehler
SCL ohne Taktsignal: V(SCL) = konstant;
IBN nicht abgeglichen
IBN auf 200 µA abgeglichen
E02
mV
80
mA
2
V
0.8
Übernahme der Masterfunktion
nach I2C-Protokollfehler
Temperatur-Überwachung
E01 VTs
Sensorspannung
Temperatursensor
400
VTs() = VDDS − V(PS), Tj = 27 °C,
Modus Abgleich 3, ohne Last
25
64
600
V
mV
-60
V
80
320
100
400
kHz
kHz
40
25
55
35
ms
ms
4
indef.
45
95
12
135
285
ms
ms
ms
ms
80
80
240
120
µs
µs
4
6.2
ms
650
700
mV
-1.8
VTth() = VDDS − V(NS), Tj = 27 °C,
Modus Abgleich 3, ohne Last;
CFGTA(3:0) = 0x0
CFGTA(3:0) = 0xF
260
470
µA
0.4
310
550
mV/K
360
630
0.06
mV
mV
E04
TCth
Temperaturkoeffizient der Einschaltschwellspannung
%/K
E05
Thys
Temperaturhysterese Warnung
Tj = 27 °C
4
12
20
°C
E06
∆T
Relative Abschalttemperatur
∆T = Toff − Twarn, Tj = 27 °C
4
12
20
°C
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 10/30
PROGRAMMIERUNG
Registerbelegung, Übersicht . . . . . . . . . . . . . Seite 11
Konfigurations-Schnittstelle . . . . . . . . . . . . . . Seite 13
ENFAST: I2 C Fast-Mode Freigabe
ENSL:
I2 C Slave-Mode Freigabe
DEVID:
Device-ID für EEPROM mit Konfigurationsdaten (z. B. 0x50)
CHKSUM: CRC über Konfigurationsdaten
(Adressbereich 0x00 bis 0x1E)
CHPREL: Chip Release
NTRI:
Tristate-Funktion und Betriebsartenwechsel
Kalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seite 15
CFGIBN: Bias-Einstellung
CFGTA:
Temperatursensor Kalibrierung
Betriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seite 16
MODE:
Betriebsart
ENF:
Signalfilterung
Testmodus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seite 17
TMODE:
Funktionen im Testmodus
TMEM:
Speicherauswahl im Testmodus
Eingangskonfiguration und
Signalpfad-Multiplexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seite 18
INMODE: Umschaltung differenzielle/referenzbezogene Signale
RIN12:
I/U-Modus und Eingangswiderstand
CH1, CH2
BIAS12:
Referenzspannung CH1, CH2
RIN0:
I/U-Modus und Eingangswiderstand CH0
BIAS0:
Referenzspannung CH0
MUXIN:
Zuordnung Eingang zum Kanal: X3...X6
zu CH1, CH2
INVZ:
Invertierung Nullimpuls
EAZ:
Nullimpuls-Komparator Freigabe
MUXOUT: Ausgangs-Multiplexer (nur für iC-MSB2)
BIASEX:
Eingangsseitige Referenzauswahl
BYP
Durchschaltung der Eingänge auf die
Ausgänge
Signalkonditionierung CH1, CH2 (X3...X6) Seite 22
GR12:
Verstärkungsbereich CH1, CH2 (grob)
GF1:
Verstärkungsfaktor CH1 (fein)
GF2:
Verstärkungsfaktor CH2 (fein)
VOS12:
Offsetabgleich Referenz CH1, CH2
VDC1:
Mittenpotential CH1
VDC2:
Mittenpotential CH2
OR1:
Offset-Abgleichbereich CH1 (grob)
OF1:
Offsetfaktor CH1 (fein)
OR2:
Offset-Abgleichbereich CH2 (grob)
OF2:
Offsetfaktor CH2 (fein)
PH12:
Phasenabgleich CH1 gg. CH2
Signalkonditionierung CH0 (X1, X2) . . . . . . Seite 24
GR0:
Verstärkungsbereich CH0 (grob)
GF0:
Verstärkungsfaktor CH0 (fein)
VOS0:
Offsetabgleich Referenz CH0
OR0:
Offset-Abgleichbereich CH0 (grob)
OF0:
Offsetfaktor CH0 (fein)
Signalpegel-Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seite 25
ADJ:
Programmierung der ACO Funktion
Fehlerüberwachung und Alarmausgabe . . Seite 27
EPH:
I/O-Logik Alarmausgang ERR
EMTD:
Min. Anzeigedauer Alarmausgang ERR
EPU:
Pull-Up-Freigabe Alarmausgang ERR
EMASKA: Fehlermaske Alarmausgang ERR
EMASKO: Fehlermaske Treiberabschaltung
EMASKE: Fehlermaske EEPROM-Speicherung
ERR1:
ERR2:
ERR3:
Fehlerprotokoll: Erster Fehler
Fehlerprotokoll: Letzter Fehler
Fehlerprotokoll: Historie
PDMODE: Treiberaktivierung
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 11/30
ÜBERSICHT
Adr
Bit 7
Bit 6
Bit 5
Bit 4
Bit 3
Bit 2
Bit 1
Bit 0
Konfigurations-Schnittstelle
0x00
ENFAST
DEVID(6:0)
Kalibrierung
0x01
CFGIBN(3:0)
CFGTA(3:0)
Betriebsarten
0x02
NTRI
1
0
–
MODE(3:0)
Eingangskonfiguration und Signalpfad-Multiplexer: iC-MSB
0x03
EAZ
0
0
0
INVZ
INMODE
MUXIN(1:0)
INVZ
INMODE
MUXIN(1:0)
Eingangskonfiguration und Signalpfad-Multiplexer: iC-MSB2
0x03
EAZ
MUXOUT(2:0)
Signalkonditionierung CH1/CH2
0x04
GF2(4:0)
GR12(2:0)
0x05
GF1(7:0)
0x06
VDC1(4:0)
0x07
GF1(10:8)
VDC2(2:0)
0x08
VDC1(9:5)
OR1(0)
VDC2(9:3)
0x09
OF1(6:0)
0x0A
OF2(1:0)
OR1(1)
OR2(1:0)
OF1(10:7)
0x0B
OF2(9:2)
0x0C
PH12(6:0)
0x0D
BIASEX(1:0)
0x0E
ENF
BYP
BIAS12
OF2(10)
1
1
PH12(9:7)
VOS12(1:0)
RIN12(3:0)
Signalpegel-Regelung
0x0F
ADJ(0)
–
0
1
0x10
0
0
0
0
ADJ(8:1)
Signalkonditionierung CH0
0x11
GF0(4:0)
0x12
0x13
GR0(2:0)
OF0(5:0)
0
BIAS0
OR0(1:0)
VOS0(1:0)
RIN0(3:0)
Fehlerüberwachung und Alarmausgabe
0x14
0
0x15
0x16
EMASKA(6:0)
TMODE(1:0)
EMASKE(3:0)
TMEM
PDMODE
0
ENSL
0
nicht belegt
0x1B..
0x1E
OEM Daten
0x1F
/
0
0
EPU
0
0
0
0x19..
0x1A
Prüfsumme
EPH
EMASKO(6:0)
0x17
0x18
EMTD(2:0)
0
Chip Release
EEPROM: CHKSUM(7:0)
/
ROM: CHPREL(7:0)
EMASKE(6:4)
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 12/30
ÜBERSICHT
Adr
Bit 7
Bit 6
Bit 5
Bit 4
Bit 3
Bit 2
Bit 1
Bit 0
Fehlerspeicher
0x20
–
ERR1(6:0)
0x21
ERR2(5:0)
0x22
0x23
ERR3(3:0)
–
–
–
–
–
–
Tab. 4: Registerbelegung
–
–
–
–
ERR2(6)
ERR3(6:4)
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 13/30
SERIELLE KONFIGURATIONS-SCHNITTSTELLE (EEPROM)
Die serielle Konfigurations-Schnittstelle besteht aus
den beiden Pins SCL und SDA und ermöglicht
Schreib- und Lesezugriffe auf ein EEPROM mit I2 CSchnittstelle. Mit dem Registerbit ENFAST kann die
Auslesegeschwindigkeit eingestellt werden.
ENFAST
Code
Adr 0x00, bit 7
Funktion
0
1
Normale Taktfrequenz, f(SCL) ca. 80 kHz
Hohe Taktfrequenz, f(SCL) ca. 320 kHz
Hinweise
Zur In-circuit Programmierung benötigen die
Busleitungen SCL und SDA Pull-Up-Widerstände.
Für Leitungskapazitäten bis 170 pF genügen:
4.7 kΩ für 80 kHz Taktfrequenz
2 kΩ für 320 kHz Taktfrequenz
Die Pull-Up-Widerstände dürfen 1.5 kΩ nicht
unterschreiten. Zur Signaltrennung ist eine
Massebahn zwischen SCL und SDA
empfehlenswert.
Zur Programmierung des EEPROMs muss iC-MSB
ebenfalls Versorgungsspannung erhalten (5 V an
VDD).
Tab. 5: Taktfrequenz Konfigurations-Schnittstelle
Nach dem Einschalten der Versorgung (Power-DownReset) sind die Ausgänge von iC-MSB hochohmig (Tristate) bis eine gültige Konfiguration aus dem EEPROM
mit der Device-ID 0x50 ausgelesen wurde.
Bitfehler im Speicherbereich 0x00 bis 0x1E werden
durch den im Register CHKSUM(7:0) hinterlegten
CRC-Wert erkannt (Adr 0x1F im EEPROM, CRCPolynom “1 0001 1101“ mit Startwert "1").
Können keine gültigen Konfigurationsdaten gelesen
werden (falscher CRC-Wert oder EEPROM nicht vorhanden), wird der Einlesevorgang wiederholt. Nach
dem vierten fehlerhaften Versuch wird der Einlesevorgang beendet und iC-MSB geht in den I2 C-SlaveModus.
Für Bausteine, die eine gültige Konfiguration aus dem
EEPROM laden, entscheidet das Register-Bit ENSL
über die Freigabe der I2 C-Slave-Funktion.
ENSL
Code
Adr 0x17, bit 3
Funktion
0
1
Normalbetrieb
I2 C-Slave-Mode Freigabe, Device-ID 0x55
Tab. 6: Modus Konfigurations-Schnittstelle
In das Register DEVID(6:0) (Adr 0x00) ist die DeviceID für das EEPROM eintragbar, aus dem iC-MSB die
Konfiguration nach Verlassen des Testmodus beziehen soll (siehe Seite 17). Die darin gespeicherte DEVID wird nachfolgend übernommen.
Beispiel der CRC Berechnungsroutine
unsigned char ucDataStream = 0 ;
i n t iCRCPoly = 0x11D ;
unsigned char ucCRC=0;
int i = 0;
ucCRC = 1 ; / / s t a r t v a l u e ! ! !
f o r ( iReg = 0 ; iReg <31; iReg ++)
{
ucDataStream = ucGetValue ( iReg ) ;
f o r ( i =0; i <=7; i ++) {
i f ( ( ucCRC & 0x80 ) ! = ( ucDataStream & 0x80 ) )
ucCRC = (ucCRC << 1 ) ^ iCRCPoly ;
else
ucCRC = (ucCRC << 1 ) ;
ucDataStream = ucDataStream << 1 ;
}
}
EEPROM-Auswahl
Folgende Mindestanforderungen müssen erfüllt sein:
• Funktion ab 3.3 bis 5 V, I2 C-Schnittstelle
• Mindestens 512 bit, 64x8
(genutzter Adressbereich: 0x00 bis 0x3F)
• Unterstützung von Page Write mit mindestens
4 Byte großen Pages. Andernfalls muss auf die
Protokollierung von Fehlern im EEPROM verzichtet werden (EMASKE(9:0) = 0x000).
• Device ID 0x50 "101 0000", keine Belegung von
0x55 (erforderlich ist A2...A0 = 0). Andernfalls
kann iC-MSB nicht über 0x55 im I2 C Slave-Mode
angesprochen werden (ENSL = 0).
Bausteinempfehlungen:
Atmel
AT24C01B,
ST
M24C01W, ST M24C02 (2K), ROHM BR24L01A-W,
BR24L02-W
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 14/30
I2 C-Slave-Modus (ENSL = 1)
In diesem Modus verhält sich iC-MSB wie ein I2 CSlave mit der Device-ID 0x55 und die KonfigurationsSchnittstelle erlaubt Schreib- und Lese-Zugriffe auf iCMSB’s interne Register.
Register
Adresse
Lesezugriff im I2 C-Slave-Modus (ENSL = 1)
Inhalt
0x00-0x18
0x19-0x1A
0x1B-0x1E
Zur Überprüfung der Chipversion ist eine Kennung im
ROM hinterlegt und über Adresse 0x1F lesbar; ein
Schreibzugriff auf diese Adresse ist nicht zulässig.
0x1F
0x20-0x23
0x24-0x37
0x38
Konfiguration: Registeradressen 0x00-0x18
Nicht verfügbar
OEM-Daten (4 Byte)
(siehe EEPROM-Adressen 0x1B-0x1E)
Chipversion (ROM)
Konfiguration: Registeradressen 0x20-0x23
Nicht verfügbar
Konfiguration: Registeradresse 0x18
CHPREL
Code
Adr 0x1F, bit 7:0 (ROM)
Chipversion
0x00
0x04
0x05
Nicht verfügbar
iC-MSB SAFETY v4
iC-MSB SAFETY v5
0x25
iC-MSB2 v5
0x39-0x3A
0x3B-0x3E
0x3F
0x40-0x43
0x44-0x7F
Nicht verfügbar
OEM-Daten (4 Byte)
(siehe EEPROM-Adressen 0x1B-0x1E
Chipversion (ROM)
Aktueller Fehlerspeicher (nur aktiv bei Freigabe
durch EMASKE; Meldungen werden auf die
EEPROM-Adressen 0x20-0x23 übertragen)
Nicht verfügbar
Tab. 7: Chipversion
Tab. 9: RAM-Lesezugriff
NTRI
Adr 0x02, bit 7
Code
Funktion
0
1
Ausgangstreiber ausgeschaltet
Setzen der Betriebsart, Ausgangstreiber aktiv
Hinweis
NTRI wird nur im I2 C-Slave-Modus ausgewertet.
Tab. 8: Tristate-Funktion und Betriebsartenwechsel
Register
Adresse
Schreibzugriff im I2 C-Slave-Modus (ENSL = 1)
Zugriff und Bedingungen
0x00
0x01
Änderung uneingeschränkt möglich
Änderung möglich (falsche Werte für CFGIBN
können die Funktion beeinträchtigen)
Bit 7 = 0 (NTRI): Änderung der Bits (6:0) zulässig
Ein Betriebsartenwechsel erfolgt erst durch das
Schreiben von Bit 7 = 1 (NTRI); die gleichzeitige
Veränderung der Bits (6:0) ist dabei nicht zulässig.
0x02
0x03-0x16
0x17
0x18
Änderung uneingeschränkt möglich
Bit 3 = 1 (ENSL): Änderung der Bits (7:4) und (2:0)
zulässig
Änderung uneingeschränkt möglich
0x19-0x1A
0x1B-0x1E
sonstige
Nicht verfügbar
Änderung uneingeschränkt möglich
Keine Änderungen zulässig
Tab. 10: RAM-Schreibzugriff
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 15/30
BIAS-STROMQUELLE- UND TEMPERATURSENSOR-KALIBRIERUNG
Bias-Stromquelle
Die Kalibrierung der Bias-Stromquelle in der Betriebsart Abgleich 1 (Tab. 13) ist Voraussetzung für die Einhaltung der ausgewiesenen Elektrischen Kenndaten
und mitbestimmend für das Chip-Timing (z.B. SCLTaktfrequenz). Zur Einstellung wird der IBN-Messwert
über einen 10-kΩ-Widerstand von Pin VDDS gg. Pin
NC gemessen. Der Sollwert ist 200 µA, was einer
Messspannung von 2 V entspricht.
Hinweis: Das Messergebnis wird verfälscht, wenn
die Ausgänge auf Tristate stehen (z.B. durch einen
Konfigurationsfehler beim Einschalten).
CFGIBN
Code k
Adr 0x01, bit 7:4
31
IBN ∼ 39−k
Code k
IBN ∼
0x0
0x1
0x2
79 %
81 %
84 %
0x8
0x9
0xA
100 %
103 %
107 %
0x3
0x4
0x5
0x6
0x7
86 %
88 %
91 %
94 %
97 %
0xB
0xC
0xD
0xE
0xF
111 %
115 %
119 %
124 %
129 %
31
39−k
Tab. 11: Kalibrierung Bias-Stromquelle
Temperatursensor
Die Kalibrierung der Temperaturüberwachung erfolgt
in der Betriebsart Abgleich 3.
Für die Einstellung auf die gewünschte Warnungstemperatur T2 wird zunächst die Sensorspannung VTs des
Temperatursensors bestimmt, bei der die Warnungsmeldung erfolgt. Dazu wird am Pin PS eine Spannungsrampe von VDDS in Richtung GNDS durchfahren, bis Pin ERR die Warnungsmeldung anzeigt (für
EMASKA = 0x20 und EMTD = 0x00).
Beispiel: VTs(T1 ) ist ca. 650 mV, gemessen von VDDS
gegen PS, bei T1 = 25 °C;
Anschliessend wird die benötigte Vergleichsspannung
VTth(T1 ) berechnet. In diese Berechnung geht die gewünschte Warnungstemperatur T2 , die Temperaturkoeffizienten TCs und TCth (siehe Elek. Kenndaten, Abschnitt E), sowie der Messwert VTs(T1 ) ein:
VTth(T1 ) =
VTs(T1 ) + TCs · (T2 − T1 )
1 + TCth · (T2 − T1 )
Beispiel: Für T2 = T1 + 100 K muss VTth(T1 ) auf
443 mV programmiert werden.
Die Vergleichsspannung VTth(T1 ) steht für eine hochohmige Messung (10 MΩ) am Ausgangspin NS zur
Verfügung (Messung gg. VDDS) und muss durch Programmierung von CFGTA(3:0) auf den berechneten
Wert eingestellt werden.
Beispiel: Die Änderung von VTth(T1 ) von 310 mV (gemessen für CFGTA(3:0)= 0x0) auf 443 mV entspricht
143 %, der nächstliegende Wert für CFGTA ist 0x9;
CFGTA
Code k
Adr 0x01, bit 3:0
VTth ∼ 65+3k
65
Code k
VTth ∼
0x0
100 %
0x8
140 %
0x1
0x2
0x3
0x4
0x5
0x6
105 %
110 %
115 %
120 %
125 %
130 %
0x9
0xA
0xB
0xC
0xD
0xE
145 %
150 %
155 %
160 %
165 %
170 %
0x7
135 %
0xF
175 %
Hinweise
Bei CFGTA = 0xF ist Toff 80 °C typ.,
bei CFGTA = 0x0 ist Toff 155 °C typ.
65+3k
65
Tab. 12: Kalibrierung Temperatur-Überwachung
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 16/30
BETRIEBSARTEN
Zur Kalibrierung von iC-MSB und zum Abgleichen der
Eingangssignale, sowie zum Testen von iC-MSB muss
die Betriebsart gewechselt werden. Für die verschieMODE(3:0)
BYP
denen Betriebsarten ändert sich die Funktion der Ausgänge; nur im Normalbetrieb sind die Leitungstreiber
und der Verpolschutz aktiv.
Adr. 0x02; Bit 3:0
Adr. 0x0D; Bit 5
Code
Betriebsart
Pin PS
Pin NS
Pin PC
Pin NC
Pin PZ
Pin NZ
Pin ERR
0x00
Normalbetrieb
PS
NS
PC
NC
PZ
NZ
ERR
0x01
Abgleich 1
TANA0(2)
VREFI0
VREFI12
IBN
PCH0
NCH0
IERR
0x02
Abgleich 2, BYP = 0
Abgleich 2, BYP = 1*
PCH1
X4
NCH1
X6
PCH2
X3
NCH2
X5
VDC1
X1
VDC2
X2
—
0x03
iC-Haus Test 1
VPAH
VPD
—
CGUCK
IPF
V05
IERR
0x04
iC-Haus Test 2
PS_out
NS_out
PC_out
NC_out
PZ_out
NZ_out
IERR
0x05
iC-Haus Test 3
PS_out
NS_out
PC_out
NC_out
PZ_out
NZ_out
ERR
0x06
iC-Haus Test 4, BYP = 0
iC-Haus Test 4, BYP = 1*
TANA12(0)
X4
TANA12(1)
X6
TANA12(2)
X3
TANA12(3)
X5
TANA12(4)
X1
TANA12(5)
X2
IERR
0x07
Abgleich 3
VTs
VTth
—
—
—
—
ERR
0x08
Sättigung Low
0x09
—
—
—
—
—
—
—
—
0x0A
iC-Haus Test 5
TP
CLK6
—
—
—
—
—
0x0B
—
—
—
—
—
—
—
—
0x0C
—
—
—
—
—
—
—
—
0x0D
—
—
—
—
—
—
—
—
0x0E
IDDQ-Test
0x0F
—
Hinweise
Analoge Kalibriersignale werden über einen Innenwiderstand von ca. 5 kΩ ausgegeben (siehe Kenndaten-Nr.507).
Zur genauen Kalibrierung sollte die Signalfrequenz 2 kHz nicht überschreiten (siehe Kenndaten-Nr.508)
* Bypass-Funktion: Eingänge (ohne Spannungsteiler) an Ausgänge, Innenwiderstand ca. 7 kΩ (siehe Kenndaten-Nr.509).
SCL, SDA und ERR low
alle PU/PD-Widerstände, Oszillator und Analogversorgung deaktiviert
—
—
—
—
—
—
—
Tab. 13: Auswahl Betriebsart
Abgleichbetriebsarten
Im Modus Abgleich 1 kann der BIAS-Strom (IBN), die
Bezugspotentiale VREFI der Eingangsverstärker, sowie die analogen Signale von Kanal 0 nach dem Signalabgleich (PCH0, NCH0) gemessen werden.
Im Modus Abgleich 2 werden die abgeglichenen Signale der Kanäle 1 und 2 ausgegeben (PCH1, NCH1,
PCH2, NCH2). Zusätzlich stehen die Mittenpotentiale der Abgleichschaltungen für CH1 (VDC1) und CH2
(VDC2) zur Verfügung.
Mit Modus Abgleich 3 werden interne Signale der Temperaturüberwachung zur Verfügung gestellt.
Spezielle Baustein-Testfunktionen
IDDQ-Test, Sättigung Low und iC-Haus Test 1-5 sind
Betriebsarten für den iC-Haus Bausteintest. Mit aktiviertem Bypass (BYP = 1) ermöglicht der Modus iCHaus Test 4 das direkte Durchschleifen der Eingangsignale an X1 - X6 auf die Ausgangspins; die Ausgangsimpedanz in diesem Fall hochohmig. Ferner ist
zu beachten, das ein aktiver Eingangsspannungsteiler
(für RINx = 1- -1) die Signalamplituden auf ca. 7/8 reduziert.
Signalfilter
Zur Verringerung des Signalrauschens verfügt iC-MSB
über ein Signalfilter für die abgeglichenen Analogsignale, das über ENF aktiviert werden kann.
ENF
Code
Adr 0x0E, bit 7
Funktion
0
Rauschfilter deaktiviert
1
Rauschfilter aktiv
Tab. 14: Signalfilterung
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 17/30
TESTMODUS
iC-MSB wechselt in den Testmodus, wenn am Pin
ERR eine Spannung größer als VTMon angelegt wird
(Voraussetzung: TMODE(0) = 1). Daraufhin sendet iCMSB seine Konfigurationseinstellungen als Strommodulierte Daten über den I/O-Pin ERR, entweder direkt aus dem RAM (für TMEM = 1), oder nach erneutem Einlesen des EEPROMs (für TMEM = 0). Sinkt die
Spannung am Pim ERR unter VTMoff, wird der Testmodus beendet und die Datenübertragung abgebrochen.
Den Takt für die Datenausgabe bestimmt ENFAST.
Zwei Taktzeiten sind wählbar: 780 ns für ENFAST = 1
oder 3.125 µs für ENFAST = 0 (siehe Kenndatennummer D08 für Taktfrequenz und Toleranzangaben).
Die Ausgabe erfolgt in Manchester-Codierung über
zwei Takte pro Bit. Dazu wechselt die Low-SideStromquelle zwischen einem Z-Zustand (OFF= 0 mA)
und einem L-Zustand (ON= 2 mA).
Die Bit-Information liegt in der Richtung des Wechsels:
Null-Bit: Zustandswechsel Z → L (OFF nach ON)
Eins-Bit: Zustandwechsel L → Z (ON nach OFF)
Der Übertragungsrahmen besteht aus einem Startbit
(Eins-Bit), 8 Datenbits und einer Übertragungspause
im Z-Zustand (Timing identisch mit einem EEPROMZugriff über die I2 C-Schnittstelle).
TMODE
Code
Adr 0x15, bit 7:6
Funktion im Testmodus
00
01
Normalbetrieb
TMEM = 0:
Übertragen der
EEPROM-Daten
0x1B-0x7F:
OEM-Daten (4 Byte) und
gespeicherte Fehler
TMEM = 1:
Übertragen der
RAM-Daten 0x3B-0x43:
OEM-Daten (4 Byte) und
aktuelle Fehler
Normalbetrieb
Erneutes Auslesen des
EEPROMs
(MODE = 0: 0x00-0x7F)
(MODE > 0: 0x00-0x21)
10
Normalbetrieb
11
Übertragen der
EEPROM-Inhalte
(0x00-0x7F)
Erneutes Auslesen des
EEPROMs
(MODE = 0: 0x00-0x7F)
(MODE > 0: 0x00-0x21)
Erneutes Auslesen des
EEPROMs
(0x00-0x7F)
Funktion nach
Beendigung des
Testmodus
Tab. 15: Funktionen im Testmodus
TMEM
Code
Adr 0x18, bit 7
Speicherauswahl
0
1
EEPROM
iC-MSB RAM (ENSL = 1)
Tab. 16: Speicherauswahl im Testmodus
VP
VP
Beispiel: Byte-Wert = 1000 1010
Mit Startbit wird übertragen: 1 1000 1010
In Manchester-Kodierung: LZ LZZL ZLZL LZZL LZZL
C21
100nF
ERR
7
VP
C22
U22-S 100nF
AD8029
VN
4
JP4
U23-B
LM393
VP
8
VP
U23-S
LM393
GND
4
6
-
5
+
7
R24
470
M22
IRLML6401
max. 5V
VDD
C24
VP
R26
Dekodierung des Datenstroms:
ZZZZZZ LZ LZ ZL ZL ZL LZ ZL LZ ZL ZZZZZZ
Pause 1 1 0 0 0 1 0 1 0 Pause
Wird der Testmodus mit TMODE = 0x00 verlassen, arbeitet iC-MSB unterbrechungsfrei weiter.
Wird der Testmodus mit TMODE > 0x00 verlassen,
liest iC-MSB erneut die Konfiguration aus dem EEPROM mit der in Adresse 0x00 gespeicherten DEVID(6:0).
Für TMODE = 0x03 wird das EEPROM vollständig gelesen, ansonsten lediglich der Adressbereich 0x000x21 um die Konfigurationszeit beim Bausteintest kurz
zu halten.
100pF
100k
R23
2K
R28
51k
D21
LL4148
M21
2N7002
DATA_ON
R27
100k
R21
475k
8
5
R22
365k
U22-A
U23-A
LM393
2
-
3
+ NDIS
AD8029
8
U21
LM285
6
2
-
3
+
R25
2k
1
C26
100nF
DATA_OUT
VP
C25
100nF
4
VDD
C23
100nF
dra_mq1d_error_schem
Bild 1: Schaltungsbeispiel zur Dekodierung und
Umsetzung der Stromsignale in Logikpegel.
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 18/30
EINGANGSKONFIGURATION
Alle Eingangsstufen sind als Instrumentenverstärker
ausgeführt und so direkt für differenzielle Eingangssignale geeignet. Referenzbezogene Eingangssignale
können wahlweise verarbeitet werden, in diesem Modus wird Eingang X2 zur Referenz. Als Eingangssignale können Strom- und Spannungssignale verarbeitet
werden, die Auswahl erfolgt mit RIN12(0) und RIN0(0).
Bild 2: Signalkonditionierung
Stromsignale
Im I-Modus wird an jedem Eingangspin ein Eingangswiderstand Rin() aktiv, der das Stromsignal in ein Spannungssignal umwandelt. Der Eingangswiderstand Rin() setzt sich aus einem PinAnschlusswiderstand und dem Widerstand Rui() zusammen, der an die einstellbare Vorspannungsquelle
VREFin() geschaltet ist. Die folgende Tabelle zeigt die
Wahlmöglichkeiten; Rin() gibt den typischerweise resultierenden Eingangswiderstand an (siehe El. Kenndaten für Toleranzangaben). Der Eingangswiderstand
sollte so eingestellt werden, dass sich Mittenpotentiale VDC1 und VDC2 zwischen 125 mV und 250 mV
ergeben (prüfbar in Betriebsart Abgleich 2).
INMODE
Code
Adr 0x03, bit 2
Funktion
0
1
Differenzielle Eingangssignale
Single-ended Eingangssignale *
Hinweis
* Eingang X2 ist Referenz für alle Eingänge.
Tab. 17: Eingangssignal-Modus
RIN12
RIN0
Adr 0x0E, bit 3:0
Adr 0x13, bit 3:0
Code
Nominal Rin()
Intern Rui()
I/U-Modus
–000
–010
1.7 kΩ
2.5 kΩ
1.6 kΩ
2.3 kΩ
Stromeingang
Stromeingang
–100
–110
3.5 kΩ
4.9 kΩ
3.2 kΩ
4.6 kΩ
Stromeingang
Stromeingang
1—1
20 kΩ
5 kΩ
0—1
hochohmig
1 MΩ
Spannungseingang 4:1*
Spannungseingang 1:1
Hinweise
Für Single-Ended-Signale müssen RIN0 und RIN12
identisch eingestellt werden.
*) Teilerfußpunkt ist VREFin; Eingangsströme
dürfen zu- oder abfliessend sein (Vin > VREFin,
oder Vin < VREFin).
Tab. 18: I/U-Modus und Eingangswiderstand
BIAS12
BIAS0
Code
Adr 0x0E, bit 6
Adr 0x13, bit 6
Funktion
0
VREFin = 2.5 V
für Low-Side-Stromsenke (z.B. Fotodioden mit
gemeinsamer Anode an GNDS)
1
VREFin = 1.5 V
für High-Side-Stromquellen (z.B. Fotodioden mit
gemeinsamer Kathode an VDDS)
für Spannungsquellen gegen Masse
(z.B. iC-SM2, Wheatstone-Messbrücken)
für Spannungsquellen mit Low-Side-Referenz
(z.B. iC-LSHB, bei Verwendung von BIASEX = 11)
Hinweis: Die Eingangsschaltung ist für anti-parallel
verschaltete Fotodioden nicht geeignet.
Tab. 19: Referenzspannung
Spannungssignale
Im U-Modus ist ein Spannungsteiler optional wählbar,
der zu große Eingangsamplituden auf ca. 25 % reduziert. Die Schaltung entspricht der Widerstandskette im I-Modus, deutlich vergrößert wird hier der PinAnschlusswiderstand.
Für Sensoren, deren Offset-Kalibrierung proportional
zu einer externen DC-Spannungsquelle erfolgen soll,
ist über BIASEX die Referenzquelle wählbar (für alle
anderen Sensoren ist BIASEX auf ’00’ zu setzen).
BIASEX
Code
Adr 0x0D, bit 7:6
VREFin
Pinfunktion X2
00*
10
11
intern
intern
extern
Hinweise
*) Nicht belastbar, Buffer empfohlen
**) Siehe Kenndaten 205 und 206
Eingang Index- (neg. Nullsignal)
Ausgang für VREFin12*
Eingang für externe Referenz**:
V(X2) ersetzt VREFin
Tab. 20: Eingangsseitige Referenzauswahl
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 19/30
5V
VDDS= 4.25 V
VDDS= 4.25 V
4V
VCM 3.75 V
3V
2.75 V
+IN
VCM 2.625 V
2V
VCM
+IN
-IN
-IN
VIN 250 mV max.
VIN 1 V max.
VCM 1.125 V
1V
VCM 0.75 V
1V
GNDS 0.25 V
V-Mode 1:1
VREFin 1.5 V or 2.5 V
V-Mode 4:1
VREFin 1.5 V
NB: VREFin is referenced to GNDS.
Bild 3: Zulässiger Gleichtaktbereich und maximales Eingangssignal bei kleinster Verstärkung (GR12 = 0x0,
GF1, GF2 = 0x00); linke Seite: Spannungseingang 1:1, rechte Seite: Spannungseingang 4:1
5V
VDDS= 4.25 V
4V
VCM 3.75 V
VDDS= 4.25 V
VCM 3.75 V
VCM 3.75 V
VIN 1 V max.
3V
+IN
VCM 2.25 V
2V
1.75 V
1V
2.75 V
VCM
VCM 2.25 V
-IN
VCM 1.75 V
1V
VCM 0.75 V
VCM 0.75 V
V-Mode 4:1
VREFex 1.5 V
(BIASEX = 11)
- or VREFin 1.5 V
V-Mode 4:1
VREFex 2.5 V
(BIASEX = 11)
- or VREFin 2.5 V
GNDS 0.25 V
V-Mode 4:1
VREFex 0.5 V
(BIASEX = 11)
V-Mode 4:1
VREFex 0.75 V
(BIASEX = 11)
NB: VREFex and VREFin are referenced to GNDS.
Bild 4: Zulässiger Gleichtaktbereich für Spannungseingang 4:1 in Abhängigkeit der Referenzspannung
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 20/30
SIGNALPFAD-MULTIPLEXER: iC-MSBSAFETY
Bild 5: Funktionsweise der Multiplexer
An den Pins X1, X2 werden die Signale für den Indexkanal CH0 eingespeist. Die Zuordnung der Pins X3
bis X6 zu den internen Kanälen CH1 und CH2 wählt
MUXIN. Für referenzbezogene Eingangssignale kann
INMODE aktiviert werden, wodurch X2 als Bezugssignal geschaltet wird. Zur Ausgabe erlaubt INVZ nachfolgend die Invertierung der Signalphase für den Kanal
CH0.
Für den Indexkanal CH0 erlaubt EAZ die Aktivierung
eines Analogkomparators.
EAZ
Code
Adr 0x03, bit 7
Funktion
0
Komparator deaktiviert
1
Komparator aktiv
Tab. 24: Ausgabe Nullimpuls
MUXIN
Adr 0x03, bit 1:0
Code
PCH1i
NCH1i
PCH2i
NCH2i
00
X4
X6
X3
X5
01
X4
X6
X5
X5
10
X4
X5
X3
X6
11
X4
X3
X5
X6
Tab. 21: Eingangsmultiplexer für INMODE = 0
MUXIN
Adr 0x03, bit 1:0
Code
PCH1i
NCH1i
PCH2i
NCH2i
-0
X4
X2
X3
X2
-1
X4
X2
X5
X2
Tab. 22: Eingangsmultiplexer für INMODE = 1
INVZ
Code
Adr 0x03, bit 3
PZ_out
NZ_out
0
1
PCH0o
NCH0o
NCH0o
PCH0o
Tab. 23: Invertierung Nullimpuls
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 21/30
ERWEITERTER SIGNALPFAD-MULTIPLEXER: iC-MSB2
( nicht für Sicherheitsanwendungen )
Bild 6: Funktionsweise der Multiplexer
An den Pins X1, X2 werden die Signale für den Indexkanal CH0 eingespeist. Die Zuordnung der Pins X3
bis X6 zu den internen Kanälen CH1 und CH2 wählt
MUXIN. Für referenzbezogene Eingangssignale kann
INMODE aktiviert werden, wodurch X2 als Bezugssignal geschaltet wird. Zur Ausgabe erlaubt INVZ nachfolgend die Invertierung der Signalphase für den Kanal
CH0.
Für den Indexkanal CH0 erlaubt EAZ die Aktivierung
eines Analogkomparators.
EAZ
Code
Adr 0x03, bit 7
Funktion
0
Komparator deaktiviert
1
Komparator aktiv
Tab. 28: Ausgabe Nullimpuls
MUXIN
Adr 0x03, bit 1:0
Code
PCH1i
NCH1i
PCH2i
NCH2i
MUXOUT
Adr 0x03, bit 6:4
00
X4
X6
X3
X5
Code
PS_Out
01
X4
X6
X5
X5
000
Channel 1
Channel 2
10
X4
X5
X3
X6
010
Channel 1
Channel 2 invertiert
11
X4
X3
X5
X6
100
Channel 1 invertiert
Channel 2
110
Channel 1 invertiert
Channel 2 invertiert
001
Channel 2
Channel 1
011
Channel 2
Channel 1 invertiert
101
Channel 2 invertiert
Channel 1
111
Channel 2 invertiert
Channel 1 invertiert
Tab. 25: Eingangsmultiplexer für INMODE = 0
MUXIN
Adr 0x03, bit 1:0
Code
PCH1i
NCH1i
PCH2i
NCH2i
-0
X4
X2
X3
X2
-1
X4
X2
X5
X2
Tab. 26: Eingangsmultiplexer für INMODE = 1
INVZ
Code
Adr 0x03, bit 3
PZ_out
NZ_out
0
1
PCH0o
NCH0o
NCH0o
PCH0o
Tab. 27: Invertierung Nullimpuls
NS_Out
PC_Out
Tab. 29: Ausgangsmultiplexer
NC_Out
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 22/30
SIGNALKONDITIONIERUNG CH1 und CH2
Die für den Abgleich der Kanäle 1 und 2 benötigten Spannungssignale können im Betriebsmodus Abgleich 2 gemessen werden.
Verstärkungseinstellung CH1, CH2
Die Verstärkung wird in vier Schritten eingestellt:
1. Die Nachführung der Sensor-Versorgung wird abgeschaltet und die Konstantstromquelle für den ACOAusgang auf einen geeigneten Ausgangsstrom eingestellt (Register ADJ; Stromwert nahe dem späteren Arbeitspunkt).
GR12
Code
Adr 0x04, bit 2:0
Bereich RIN12=0x9
Bereich RIN126=0x9
0x0
0x1
0x2
0x3
0x4
0x5
0.5
1.0
1.3
1.7
2.2
2.6
2.0
4.1
5.3
6.7
8.7
10.5
0x6
0x7
3.3
4.0
13.2
16.0
Tab. 30: Verstärkungsbereich CH1, CH2
2. Der grobe Verstärkungsbereich wird ausgewählt,
sodass Differenz-Signalamplituden von ca. 1 Vss entstehen (Signal Px gg. Nx, siehe Bild).
GF2
Code
Adr 0x04, bit 7:3
Faktor
0x00
0x01
1.00
1.06
3. Anschließend wird über die Feinverstärkung GF2
die CH2-Signalamplitude auf 1 Vss justiert.
...
0x1F
6.25
6.25
4. Danach kann über die Feinverstärkung GF1 die
CH1-Signalamplitude an die CH2-Signalamplitude angepasst werden.
0.25 Vp
0.25 Vp
GF 2
31
Tab. 31: Fein-Verstärkung CH2
GF1
Adr 0x06, bit 2:0, Adr 0x05, bit 7:0
Code
Faktor
0x000
0x001
1.0
1.0009
...
0x7FF
6.25 1984
6.6245
1 Vpp
GF 1
Tab. 32: Fein-Verstärkung CH1
iC-MSB
Px
R0
Vpk(Px)
Vpeak-to-peak
Nx
Vpk(Nx)
GND
Bild 7: Definition 1 Vss-Signal. Der Abschluss R0
muss während Test und Calibration Modes
hochohmig sein.
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 23/30
Offsetabgleich CH1 und CH2
Für den Offsetabgleich ist zuerst mit VOS12 die Bezugsquelle auszuwählen. Dafür stehen zwei Festspannungen sowie zwei abhängige Quellen zur Verfügung.
Die Festspannungsquellen sind für externe Sensoren
auszuwählen, die bereits selbstgeregelte und stabile
Signale anbieten.
Zum Betrieb von Photosensoren in optischen Encodern bietet iC-MSB in Verbindung mit der geregelten
Sensor-Stromquelle zur LED-Versorgung (Pin ACO)
eine Offset-Nachführung über die abhängige Quelle
VDC. Das VDC-Potential folgt höheren DC-Fotoströmen automatisch. Für diese Funktion müssen die Mittenpotentiale VDC1 und VDC2 über den wählbaren kFaktor auf einen minimalen AC-Anteil eingestellt werden (dieser Abgleich muss wiederholt werden, wenn
die Verstärkungseinstellung geändert wird).
Die Rückführung der Pin-Spannung V(ACO) erfüllt
die gleiche Aufgabe wie die Quelle VDC, wenn MRBrückensensoren über die geregelte Sensor-Stromquelle oder VDDS versorgt werden.
VOS12
Code
Adr 0x0E, bit 5:4
Quellentyp
0x0
Rückführung der ACO Pin-Spannung: V(ACO)/20
für versorgungsabhängige diff. Spannungssignale
für Wheatstone-Messbrücken
zum Messen von VDDS
Feste Referenz: V05 von 500 mV, V025 von 250 mV
für einpolige Strom- oder Spannungssignale
für einpolige oder differentielle, stabilisierte Signale
(geregelte Sensoren, Frequenzgenerator)
Nachgeführte Quelle VDC1, VDC2 (125...250 mV)
für differentielle Stromsignale
für differentielle Spannungssignale*
0x1, 0x2
0x3
Hinweise
*) Erfordert BIASEX = 11 und die Versorgung des
Eingangs X2 mit dem Bezugspotential des Sensors
(zulässige Eingangspg. siehe Kenndaten-Nr. 205).
Tab. 33: Offsetabgleich Referenzquelle CH1, CH2
VDC1
Adr 0x07, bit 4:0; Adr 0x06, bit 7:3
VDC2
Code
Adr 0x08, bit 6:0; Adr 0x07, bit 7:5
VDCi = (1 − k) · VPi + k · VNi
0x000
k = 1/3
0x001
...
0x200
...
0x3FF
k = 0.3337
k = 1/3 + 1/3 · Code/1023
k = 0.5000 (Mittenstellung)
...
k = 2/3
Hinweise
Einstellung nur erforderlich für VOS12 = 0x3
Tab. 34: Mittenpotentiale CH1, CH2
Der Offsetabgleich-Bereich für CH1 und CH2 ist abhängig von der gewählten Quelle VOS12 und wird mit
OR1 und OR2 eingestellt. Anschliessend erfolgt die
Kalibrierung für Sinus und Cosinus über die Faktoren OF1 sowie OF2. Das Abgleichziel ist jeweils erreicht, wenn der DC-Anteil der Differenzsignale PCHx
gg. NCHx zu Null wird.
OR1
OR2
Code
Adr 0x09, bit 0; Adr 0x08, bit 7
Adr 0x0A, bit 5:4
Bereich
0x0
0x1
0x2
0x3
x1
x2
x6
x12
Tab. 35: Offsetabgleich CH1, CH2
OF1
OF2
Adr 0xA, bit 3:0; Adr 0x9, bit 7:1
Adr 0xC, bit 0; Adr 0xB, bit 7:0; Adr 0xA, bit 7:6
Code
Faktor
Code
Faktor
0x000
0x001
0
0.00098
0x400
0x401
0
− 0.00098
...
+ Code / 1023
...
0x3FF
1
0x7FF
− (Code - 1024)
/ 1023
−1
Tab. 36: Offsetabgleich Faktor CH1, CH2
Phasenabgleich CH1 gg. CH2
Die Phasenverschiebung zwischen CH1 und CH2
kann über den Parameter PH12 eingestellt werden. Im
Anschluss daran müssen möglicherweise die Kalibrierungen für den Amplitudenausgleich, für die Mittenpotentiale und Offsetspannungen korrigiert werden.
PH12
Code
Adr 0xD, bit 2:0; Adr 0xC, bit 7:1
Korrekturwinkel
Code
Korrekturwinkel
0x000
0x001
...
0°
+ 0.0204 °
+ 10.42 ° ·
PH12 /511
+ 10.42 °
0x1FF
0x200
0x201
...
0x3FF
0°
− 0.0204 °
− 10.42 ° ·
(PH12 - 512) /511
− 10.42 °
Tab. 37: Phasenabgleich CH1 gg. CH2
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 24/30
SIGNALKONDITIONIERUNG CH0
Die für den Abgleich von Kanal 0 benötigten Spannungssignale sind im Modus Abgleich 1 verfügbar.
Verstärkungseinstellung CH0
Analog zur Konditionierung der CH1- und CH2-Signale
erfolgt auch die Einstellung der CH0-Verstärkung in
den folgenden Schritten:
1. Die Nachführung der Sensor-Versorgung wird abgeschaltet und die Konstantstromquelle für den ACOAusgang auf den gleichen Ausgangsstrom eingestellt
wie beim Abgleich von CH1 und CH2 (Register ADJ;
Stromwert nahe dem späteren Arbeitspunkt).
Offsetabgleich CH0
Für den Offsetabgleich ist zuerst mit VOS0 die Bezugsquelle zu wählen (siehe Offsetabgleich CH1/CH2
für Erläuterungen). Für den CH0 Pfad ist die abhängige Quelle VDC mit der Quelle VDC1 identisch.
VOS0
Code
Adr 0x13, bit 5:4
Quelle
0x0
0x1
0x2
0x3
0.05 · V(ACO)
0.5 V
0.25 V
VDC (ie. VDC1)
Tab. 40: Offsetabgleich Referenz CH0
2. Der grobe Verstärkungsbereich wird ausgewählt,
sodass intern eine Differenz-Signalamplitude von ca.
1 Vss entsteht (Signal PCHx gg. NCHx).
3. Anschließend ermöglicht GF0 die Feinjustage auf
1 Vss.
GR0
Adr 0x11, bit 2:0
Code
Bereich RIN0 = 0x9
Bereich RIN0 6= 0x9
0x0
0x1
0.5
1.0
2.0
4.1
0x2
0x3
0x4
0x5
0x6
0x7
1.3
1.7
2.2
2.6
3.3
4.0
5.3
6.7
8.7
10.5
13.2
16.0
Tab. 38: Verstärkungsbereich CH0
GF0
Adr 0x11, bit 7:3
Code
Faktor
0x00
0x01
1.00
1.06
...
0x1F
6.25
6.25
GF 0
31
Tab. 39: Verstärkungsfaktor CH0
OR0
Adr 0x12, bit 1:0
Code
Bereich
0x0
0x1
x1
x2
0x2
0x3
x6
x12
Tab. 41: Offsetabgleich Bereich CH0
OF0
Code
Adr 0x12, bit 7:2
Faktor
Code
Faktor
0x00
0x01
...
0x1F
0
+ 0.0322
+ OF0 /31
+1
0x20
0x21
...
0x3F
0
− 0.0322
− (OF0 - 32 ) /31
−1
Tab. 42: Offsetabgleich Faktor CH0
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 25/30
SIGNALPEGEL-REGLER und SIGNALÜBERWACHUNG
Durch die geregelte Stromquelle zur Sensorversorgung (Pin ACO) kann iC-MSB die Ausgangssignale für
nachfolgende Sinus-Digital-Wandler unabhängig von
Temperatur und Alterungseffekten konstant halten, indem die Versorgung des Sensors nachgeführt wird.
Im Betrieb mit aktiver Quadratregelung bestimmt
ADJ (4:0) die internen Signalamplituden nach der Beziehung (PCH1-NCH1)² + (PCH2-NCH2)²; diese sollten auf 0.25 Vpk eingestellt werden.
Der Arbeitsbereich der Regelung sowie die Amplitude
der Eingangssignale für die Regelung werden überwacht und können für Fehlermeldungen freigegeben
werden. Zur Einstellung der Signalkonditionierung ist
für den ACO-Ausgang eine Konstantstromquelle wählbar; der Strombereich für die High-Side-Stromquelle
wird über ADJ(6:5) eingestellt.
ADJ (6:5)
Code
Adr 0x10, bit 5:4
Funktion
00
01
10
11
5 mA - Bereich
10 mA - Bereich
25 mA - Bereich
50 mA - Bereich
Tab. 43: Strombereich ACO (für Reglerbetrieb und
Konstantstromquelle)
ADJ (8:7)
Code
Adr 0x10, bit 7:6
Funktion
00
01
10
11
Sinus/Cosinus-Quadratregelung
Summenregelung
Konstantstromquelle
Nicht zulässig (nur für Bausteintest)
Bild 8: Interne Signalpegel-Überwachung und Testsignale in Betriebsart Calibration 2 (Beispiel
für ADJ(8:0) = 0x19);
Signalüberwachung und Grenzwerte
ADJ (4:0)
Vt()min ... max
ADJ (4:0)
Vt()min ... max
0x00
120 mV...390 mV
0x19
200 mV ...650 mV
0x01
...
122 mV...397 mV
...
...
0x1F
...
240 mV...780 mV
Hinweise
Nonimalwerte, s.a. Elek. Kenndaten 607, 608
Tab. 44: Betriebsart ACO-Ausgang
Hinweis: Durch übergroße Eingangssignale oder interne
Übersteuerung kann der Reglerbetrieb gestört werden, so
dass der voreingestellte Arbeitspunkt möglicherweise nicht
erreicht wird (nach dem Einschalten) oder nicht beibehalten wird (nach Störungen). Der Regelungsfehler 2 und der
Signalfehler 1 dienen zur Überwachung; entsprechend ist
EMASKA zu konfigurieren.
ADJ (4:0)
Adr 0x10, bit 3:0; Adr 0x0F, bit 7
Code
Quadratregelung ADJ(8:7) = 00
0x00
0x01
Vpp() ca. 300 mV (60 %)
Vpp() ca. 305 mV (61 %)
...
0x19
...
0x1F
...
77
≈ 300 mV 77−(1.25∗Code)
Vpp() ca. 500 mV (98 %)
...
Vpp() ca. 600 mV (120 %)
Tab. 45: Arbeitspunkt für Quadratregelung (interne
Sin/Cos-Signalamplitude)
Tab. 46: Signalüberwachung
Die Grenzwerte der Signalüberwachung werden entsprechend ADJ (4:0) mitgeführt und sind auf die Quadratregelung abgestimmt. Bei Anwendung der Summenregelung kann ein anderer Arbeitspunkt erforderlich sein, zu dem die Überwachungsgrenzen nicht passen und die Signalüberwachung deaktiviert werden
sollte (per Fehlermaske, siehe EMASKA etc.).
ADJ (4:0)
Code
Adr 0x10, bit 3:0; Adr 0x0F, bit 7
Summenregelung ADJ(8:7) = 01
0x00
0x01
...
VDC1 + VDC2 ca. 245 mV
VDC1 + VDC2 ca. 249 mV
77
...
≈ 245mV 77−(1.25∗Code)
0x1F
VDC1 + VDC2 ca. 490 mV
Tab. 47: Arbeitspunkt Summenregelung (DC-Sollwert)
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 26/30
ADJ (4:0)
Code
Adr 0x10, bit 3:0; Adr 0x0F, bit 7
Konstantstromquelle ADJ(8:7) = 10
0x00
0x01
...
0x1F
I(ACO) ca. 3.125% Isc(ACO)
I(ACO) ca. 6.25% Isc(ACO)
...
≈ 3.125% ∗ (Code + 1) ∗ Isc(ACO)
I(ACO) ca. 100% Isc(ACO)
Hinweise
Isc(ACO) siehe Kenndaten-Nr. 602
Tab. 48: Arbeitspunkt Konstantstromquelle (Strom aus
ACO)
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 27/30
FEHLERÜBERWACHUNG UND ALARMAUSGABE
Die folgende Tabelle zeigt die von iC-MSB erkennbaren Fehler, die wahlweise für eine Meldung, eine Ausgangsabschaltung oder einer Protokollierung im EEPROM freigegeben werden können.
Dabei entscheidet die Maske EMASKA über die Fehleranzeige am Pin ERR, die Maske EMASKO über die
Abschaltung der Leitungstreiber (die Widereinschaltung stellt PDMODE ein), und die Maske EMASKE
über die Abspeicherung von Fehlerereignissen im EEPROM.
EMASKA
EMASKO
EMASKE
Adr 0x14, bit 6:0
Adr 0x16, bit 6:0
Adr 0x18, bit 2:0; Adr 0x17, bit 7:4
Bit
Fehlerereignis
6*
5
Konfigurationsfehler (SDA- oder SCL-Pin-Fehler,
kein Ack-Signal vom EEPROM oder ungültige
Prüfsumme);
EMASKO(6) = 1 (ROM-Bit): Die Leitungstreiber
bleiben hochohmig (Tristate) nach Power-On.
Übertemperatur-Warnung
4
3
2
1
0
Externer Systemfehler
Regelungsfehler 2: Bereich Maximum erreicht
Regelungsfehler 1: Bereich Minimum erreicht
Signalfehler 2: Übersteuerung
Signalfehler 1: Signalverlust (Differenzamplitude zu
klein**, falsche Sin/Cos-Phase)
EMASKA
1
0
Fehlermaske Alarmausgang ERR
Freigabe: Ereignis verändert den Pinzustand ERR
(sofern EMASKO die Ausgangsfkt. nicht sperrt)
Sperre: Ereignis beeinflusst Pin ERR nicht
EMASKO
Fehlermaske Treiberabschaltung
1
0
Freigabe: Ereignis setzt Pin ACO auf den 5 mA
Bereich zurück und schaltet die Treiberausgänge
sowie Pin ERR hochohmig (d.h. Low-aktive
Fehlermeldungen können nicht angezeigt werden).
Sperre: Ausgangsfunktionen bleiben aktiv
EMASKE
1
0
Fehlermaske EEPROM-Speicherung
Freigabe: Ereignis wird gespeichert
Sperre: Ereignis wird nicht gespeichert
Hinweise
*) Bei einem Konfigurationsfehler kann ERR nicht
tiefziehen; High-aktive Logik verwenden (EPH = 1);
**) U.a. bei übergroßen Eingangssignalen oder
interner Übersteuerung.
Tab. 49: Fehler-Maskierung
Alarmausgabe: I/O-Pin ERR
Pin ERR wird mit einem strombegrenzten Open-DrainAusgangstreiber bedient und hat einen abschaltbaren
internen Pull-Up. Gleichzeitig dient Pin ERR als Eingang für eine externe System-Fehlermeldung sowie
zur Umschaltung von iC-MSB in den Testmodus, wozu eine Spannung größer als VTMon angelegt werden
muss (siehe Seite 17). Die Interpretation der externen
Systemfehler-Meldung und die Phasenlage des Meldeausgangs ist mit EPH, die Mindestanzeigedauer für
interne Fehler mit EMTD einstellbar.
EPH
Adr 0x15, bit 2
Code
Zustand bei Fehler
Zustand ohne Fehler
0
aktiv low
1
hochohmig
hochohmig, mit
Eingangsfunktion für
Systemfehler (low aktiv)
aktiv low
Tab. 50: I/O-Logik Alarmausgang ERR
EMTD
Code
Adr 0x15, bit 5:3
Anzeigedauer
Code
Anzeigedauer
0x0
0x1
0x2
0x3
0 ms
12.5 ms
25 ms
37.5 ms
0x4
0x5
0x6
0x7
50 ms
62.5 ms
75 ms
87.5 ms
Tab. 51: Minimale Anzeigedauer Alarmausgang ERR
EPU
Code
Adr 0x17, bit 2
Funktion
0
1
Kein interner Pull-Up
Interne 300 µA Pull-Up Stromquelle aktiv
Tab. 52: Pull-Up-Freigabe Alarmausgang ERR
Übertemperatur-Warnung
Das Überschreiten der Temperatur-Warnschwelle Tw
(entspricht T2 , siehe Temperatursensor auf Seite 15)
kann über Pin ERR gemeldet oder zum Abschalten
der Leitungstreiber verwendet werden (über Fehlermaske EMASKO). Die Temperatur-Warnung wird gelöscht, wenn die Temperatur unter Tw -Thys sinkt.
Hinweis: Wird die Temperatur-Abschaltschwelle
Toff = Tw + ∆ T überschritten, werden die Leitungstreiber unabhängig von EMASKO abgeschaltet. Für
∆ T siehe Kenndaten E06.
Treiberabschaltung
PDMODE
Code
Adr 0x18, bit 6
Funktion
0
1
Treiberabschaltung endet mit dem Fehlerereignis
Permanente Treiberabschaltung bis zum
Wiedereinschalten
Tab. 53: Treiberaktivierung
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 28/30
Fehler-Protokoll
Von den mit EMASKE festgelegten Fehlern wird sowohl der erste Fehler (unter ERR1), als auch der letzte Fehler (unter ERR2) im EEPROM gespeichert, der
nach der Inbetriebnahme von iC-MSB auftritt.
ERR1
ERR2
ERR3
Adr 0x20, Bit 6:0
Adr 0x22, Bit 0; Adr 0x21, Bit 7:2
Adr 0x23, Bit 2:0; Adr 0x22, Bit 7:4
Bit
Fehler-Ereignis
9:0
Zuordnung siehe EMASKE
Ebenso enthält das EEPROM eine Speicherstelle, in
der von diesen Fehlern alle jemals aufgetretenen gespeichert werden können (ERR3). Gespeichert werden kann nur dass der Fehler auftrat, jedoch nicht
wann oder wie oft. Die Fehleraufzeichnung kann z. B.
zur statistischen Auswertung von Ausfallursachen verwendet werden.
Code
Funktion
0
1
Kein Ereignis
Registriertes Fehler-Ereignis
Tab. 54: Fehler-Protokoll
VERPOLUNGSSCHUTZ
iC-MSB hat verpolsichere, kurzschlussfeste Leitungstreiber. Ein defektes Anschlusskabel der Baugruppe
oder ein falsch angeschlossenes Kabel führt am iCMSB und den durch VDDS und GNDS verpolgeschützten Bausteinen nicht zu einem Schaden. Die folgenden
Pins sind geschützt gegen Verpolung: PC, NC, PS, NS,
PZ, NZ, ERR, VDD, GND, ACO.
Randbedingung: Der Pin GNDS darf nur gegen VDDS
belastet werden. Die maximale Spannungsdifferenz
zwischen den Pins darf 6V nicht überschreiten – wobei der ERR Pin in dieser Betrachtung ausgenommen
ist.
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 29/30
APPLIKATIONSHINWEISE
Anschluss von Magneto-Resistiven Sensorbrücken für Safety-Anwendungen
Für Safety-Anwendungen von iC-MSB SAFETY sind ein externer Überspannungsschutz für die VDD-Versorgung
(z.B. Z-Diode mit Sicherung) sowie externe Pull-Down-Widerstände an den Eingängen X3 bis X6 nach GNDS
(Werte bis 100 kΩ) erforderlich.
F1
R5
2.2kS
VP
SCL
R6
2.2kS
C1
100nF
C2
100nF
VDDS
SCL
24xx
ACO
MR0
X1
X2
D1
5.6V
VDD
ERR
I2C
SDA
SDA
VN
+5V
ERR
iC-MSB
SIGNAL
LEVEL
CONTROL
PZ
RL
100S
+
NZ
PC
INPUT ZERO
MR1
X3
X5
R1
100kS
R2
100kS
RL
100S
+
NC
INPUT COS
PS
MR2
X4
X6
R3
100kS
R4
100kS
+
RL
100S
-
NS
INPUT SIN
GNDS
GND
0V
TVS diode array
Bild 9: Beschaltungsbeispiel für Safety-Anwendungen mit iC-MSBSAFETY .
SPS-Betrieb
Es gibt Steuerungen mit Remote-Sense-Versorgung,
die für das Einschwingen der Spannungsregelung längere Zeit benötigen. Gleichzeitig können die Steuerungseingänge hochohmige Widerstände gegen eine negative Versorgungsspannung aufweisen, die das
Eingangspotential für offene Eingänge definieren.
In diesem Fall kann der Verpolungsschutz von iC-MSB
ansprechen, weil die Ausgänge während der Startphase Tri-State sind und die Widerstände in der Steuerung
das Pin-Potential bestimmen. Während der Startphase
dürfen weder die Versorgung VDD noch die ebenfalls
überwachten Ausgangspins tiefer als das Massepotential (Pin GND) gezogen werden - anderenfalls erfolgt
keine Bausteinkonfiguration und die Ausgänge bleiben
dauerhaft auf Tri-State.
Um den Anlauf von iC-MSB mit oben genannten
Steuerungen sicherzustellen, können im Encoder PullUp-Widerstände verwendet werden. Werte von 100 kΩ
genügen in der Regel, empfehlenswert ist aber eine
Prüfung der Steuerungsspezifikation.
iC-Haus behält sich ausdrücklich das Recht vor, seine Produkte und/oder Spezifikationen zu ändern. Über erfolgte Änderungen und Ergänzungen zu den jeweils
aktuellen Spezifikationen im Internet auf unserer Homepage www.ichaus.de/infoletter informiert ein Infoletter, der automatisch erzeugt und als E-Mail an eingetragene Nutzer verschickt wird.
Ein Nachdruck dieser Spezifikation – auch auszugsweise – ist nur mit unserer schriftlichen Zustimmung und unter genauer Quellenangabe zulässig.
iC-Haus garantiert nicht die Richtigkeit, Vollständigkeit und Aktualität dieser Spezifikation und übernimmt keine Haftung für Fehler oder Auslassungen in diesen
Unterlagen.
Die angegebenen Daten dienen ausschließlich der Produktbeschreibung. Dies gilt insbesondere auch für die angegebenen Verwendungsmöglichkeiten/Einsatzbereiche des Produktes. Eine Garantie hinsichtlich der Eignung oder Zuverlässigkeit des Produktes für die konkret vorgesehene Verwendung wird von iC-Haus
nicht übernommen.
iC-Haus überträgt an dem Produkt kein Patent, Copyright oder sonstiges Schutzrecht. Für die Verletzung etwaiger Patent- und/oder sonstiger Schutzrechte
Dritter, die aus der Ver- oder Bearbeitung des Produktes und/oder der sonstigen konkreten Verwendung des Produktes resultieren, übernimmt iC-Haus keine
Haftung.
iC-MSBSAFETY, iC-MSB2
SIN/COS-SIGNALKONDITIONIERER MIT 1 V-TREIBER
Ausgabe F1, Seite 30/30
BESTELLINFORMATION
Typ
Gehäuse
Optionen
iC-MSBSAFETY
TSSOP20
TSSOP20-TP Thermal Pad; Temperaturbereich -40 °C bis +115 °C
iC-MSBSAFETY Evaluation Board
iC-MSB2
Bestellbezeichnung
iC-MSB TSSOP20
iC-MSB TSSOP20-TP
iC-MSB EVAL MSB1D
TSSOP20
iC-MSB2 TSSOP20
Technischen Support und Auskünfte über Preise und Lieferzeiten geben:
iC-Haus GmbH
Am Kuemmerling 18
55294 Bodenheim
Tel.: (0 61 35) 92 92-0
Fax: (0 61 35) 92 92-192
Web: http://www.ichaus.com
E-Mail: [email protected]
Autorisierte Distributoren nach Region: http://www.ichaus.de/sales_partners

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