Otomotiv Sensör Interface Challenges

Modern araçlar yoğun bir sensör ağına güveniyor - baskı, sıcaklık, oksijen, hızlayıcılar, mevcut sensörler ve daha fazla - bu arayüzlerin kalbindeki operasyonel yükselteçler, yüksek çözünürlükte bulunan 3 V veya 5 V - daha fazla sayıda mikroploğa geçiş yapmak için gerekli olan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan bir otomatik olarak şarj edilebilir.

Core System Gereksinimler

Her sensör türü benzersiz sinyal özellikleri sunarken, çoğu otomotiv sensörü arayüzü, soğuk-krank veya başlangıç-dönüşüm olayları sırasında ortak bir dizi paylaşır. yükseltici genellikle mekanik geçicileri yakalamak için düzenlenmiş bir tedarik görür.3 V veya 5 V) Tam ADC girişi aralığıyla birlikte - DFLT:2.

Normal operasyon ötesinde, arayüz ISO 16750-2 ve ISO 7637-2 geçici koşullar altında doğru hayatta kalmak ve düzgün bir şekilde çalışmak zorundadır. A load-dump nabuls of energy into hundreds of milijoules of energy into the modülü; if the op-amp düzenlenmiş yerel tedarik yapısı hasarsız aşırı yükleme yapılarını aşırı yüklemesi gerekir. Elektromanyetik uyumluluk (EMC) gereksinimleri, mevcut enjeksiyon hataların (BCI) ve doğrudan gücü (DPI), yüksek ortak modu reddetme oranı (CMRR) ve güç tedarik oranı (CMRR) ve güç tedarik etme oranına (PSR) ve güç tedarik etme oranı, yüksek frekans aralığına zarar vermemelidir.

Anahtar Performans Metrikleri

Başarılı bir tasarım, diğerlerinden birinde optimize etmek yerine birkaç parametreyi dengeler. Aşağıdaki alt bölümler en kritik özellikleri kırıyor.

Supply Voltage Range and Quiescent Current

Kombinasyon, modülellerin doğrusal düzenleyicisine en az 2.5 V'den güvenilir bir şekilde başlamalı ve küçük paketlerde kendi ısıtılması için 1 mA'nın altında olmalıdır. Güçlü alt birimlerin çalışmasına güvenen Ultra-düşük güç teknikleri her iki akım ve bant genişliğini sınırlayabilir, böylece önyargının düşük noktası genellikle tercih edilir.

Çıktı Swing and Drive Şimdiki

5 V tedarikiyle, her demiryolunun 50 mV'si içinde bir çıkış hızı, çok tasarlanmış bir sınıf-AB çıkışı aşamasına sahip olabilir.En azTELFLT:0)30 mA sürekli () ve 60 mA zirveye kadar) sabit bir şekilde sabitlenmiş bir şekilde, birden fazlaxed ADC girişi yapmak için gereklidir, kablo kapasitesi, veya şarj cihazı ön-davırıklama aşaması.

Band Wide and Slew Rate

1 MHz'in 5 MHz'e kadar elde edilen bir ürün (GBW) çoğu otomotiv sensörüne sahip.Sekiz oranı genel kullanım için 1 V /μs'yi nasıl aşmalıdır, ancak 500'den fazla şarj cihazı için şarj cihazı veya metrik sensörler veya μs, 10 MHz'ye kadar zaman ayırmayı gerektirir.

Offset gerilim ve gürültü

10 μV/°C altında sürüklenme gerilimi, hassas sensörler için tipiktir. Birçok köprü tabanlı sensörler (baskı, susaj), tam sıcaklık aralığı üzerinden 5 mV maksimum dengeleme kabul edilebilir. Geniş bant gürültü ⁇ yoğunluk, gerekirse toplam gürültü katkısını korumak için 50 nV / UTCHz altında kalmak gerekir, ancak 10 dengeleme tekniğini düzenli olarak 12-bit çözünürlükte kullanmak için otomatik olarak gerekir.

Low-Voltage Giriş Aşama Tasarım

Demiryolu-yol giriş yaygın-mode aralığı, özellikle de yakın zemin, tipik olarak gerektirir:0)0)Ermen diferansiyel çiftler[Dönetici 1 ): pozitif demiryolu ve PMOS çiftleri yakın bir yere sinyalleri için bir NMOS çifti, ortak nokta ile örtüşüyor, çünkü NMOS ve PMOS çiftleri de aynı şekilde farklı bir şekilde geri dönüşler yapıyor.

  • İki çiftin kuyruklarını g) toplamını tutmak için kuyruk akımlarını ayarlayın).
  • Mevcut devre devreleri kullanarak sadece aktif çiftin sinyalini artırmak için.
  • Tüm g[[Dönetici:0) algılayan bir çoğaltma önyargı döngüsüne iş yapmak ve bu yöntemlerin ayrıntılı bir tartışması şu şekilde mevcut.Ayrıntılı bir tartışma:2Conseas Instruments'un CMOS op-amp giriş aşamalarına dair başvuru notu).

Low-voltage operation also constrains headroom because MOSFET threshold voltages consume voltage swing. Using low‑VTH transistors or native NMOS devices extends the common-mode range but may not be available in all processes. An alternative is to use a charge-pump bias for the input stage, which generates a slightly elevated voltage with minimal area overhead, though this can inject noise and requires careful decoupling. In advanced processes, adaptive body biasing can dynamically lower VTH when needed, but adds complexity to the layout.

Olağanüstü olarak düşük dengeleme ve sürüklenme talep eden tasarımlar için, bir chopper-stabilized giriş aşaması entegre edilebilir. ancak, dolaylar geçiş dalgalarını tanıtıp filtreleri, artan karmaşıklık gerektirir.En otomotiv sensörü modülleri, orta g) kontrol) ile birlikte yeterli hassastır.

High-Output Current Drive Architecture

Geniş bir çıkış hızı korumak için düşük bir tedarik geriliminden önemli bir akım sunmak, verimli kaynaklar ve minimum gerilim düşüşü ile mevcut olan bir çıkış aşamasını talep eder.

Push-Pull Çıktı Üstolojiler

Klasik bir geçiş:0) sınıfı-AB it-pull aşaması[Dönetici:2) tamamlayıcı bipolar transistörler (NPN ve PNP) veya güç MOSFETs (NMOS ve PMOS) onları yüksek akımlar için mükemmel hale getirebilir, ancak, arka sürücü mevcut düşük V) ile düşük hıza sahip olmalıdır.

Hafiflik ağı genellikle bir V) kullanılmaktadır.[FONT][/FONT=I=I=200-500 μA) çıktı transistörlerin üzerinde hassas olması gerekir; bir PTAT (önüşüklümlü ısı) genellikle V ) negatif ısı kataraktımı telafi etmek için eklenmiştir.[D FLT:3).

Power Transistors ile yeni Boosting

Sürekli çıktı akım 50 mA'yı aştığında, ayrı bir ACT:0) Eş zamanlı olarak kullanılan bir ekran görüntüsünde, yüksek çözünürlükte bulunan bir sabit akış (düşük) sabit bir şekilde sabitlenir.Bu kompozit düzenleme transistörlerin ısıtılması için ısıtılması için ısıtılabilir.[Dönder)

Termal Yönetim ve Güvenli İşletim Alan

Yüksek çıkış akımı önemli ısıyı içeriyor.Bir SOT-23 veya MSOP paketinde bir yüzey için, ⁇ )JA) 150 °C /W, yani 100 mW, kısa bir devrede bakır ısıyı yükselterek, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir ısıyı azaltmak için, yüksek çözünürlükte ısıyı azaltmak için güvenli bir şekilde ısıtılabilir.[Dönetici).

Harsh Otomotiv Koşulları için Koruma Devreleri

Kapsamlı koruma olmadan, en zarif şekilde tasarlanmış bir op-amp bile bir araçta hızlı bir şekilde başarısız olacaktır.

Ters-Battery ve Overvoltage

Düşük yanlı bir diferansiyel, IC'yi ters bir tedarikden koruyabilir, ancak gerilimden düşer ve baş odadan uzaklaştırılır.P-kanal bir MOSFET kullanarak, pozitif bir tedarik yolunda daha verimlidir, çünkü o zaman sadece küçük bir RDüz[D:0) [on)[Dönetici:0) bir yükten kaynaklanan yüksek çözünürlükte kilitlenmeli bir kontrole karşı koruma sağlar.

ESD ve Latch-Up Immunity

Tüm dış pinler insan vücut modelini (HBM) 4 kV ve şarj cihazı modeli (CDM) AEC-Q100-004 ve AEC-Q100-011. -çizgisel NMOS ve diyot dizeleri gibi, kalıcı yollar sağlar. Latch-up önleme, p-ondra-davrup koruma halkaları ile dikkatli bir şekilde ayarlanır ve parasitik SCR yapılarından kaçınır.

Mevcut Sınırlama ve Kısa Savunma Koruma Koruma

Mevcut bir devre, mevcut olan küçük bir seri direnç veya ayna transistör kullanarak mevcut olan devreyi anlamak (örneğin, 1:100 şu anki ayna) ve sınırın aşıldığı zaman, bir referansı aştığında, bir kotaratorluk kısa sürede veya tedarik eden bir pencereden elde etmek gerekir.

Stability and Frekans Compensation

Araba şarj cihazı, 1 nF'ye kadar yükler, kablolara veya uzun PCB izlerinin katıldığında yaygındır. Standart iki aşamalı Miller-compensated op-amp, yük kapasitesinin ikinci bir kutupu bir araya getirdiğinde, tasarımcılar küçük birFLT'ye eklenebilir:0) Miller-compensed op-amp (e.g.g., 22 {{) Bu işlem sırasında fazı ve yükleri korumak için iyi bir kutup sağlar.If a series objector is accepted, internal tazminat teknikleri.

Mevcut satış noktaları için, çıkış transistörlerinin etrafındaki yerel geri bildirimler, yüksek çözünürlükte bir yanıt yaratabilir. 10 pF'den 10 nF'ye kadar süpürücüklü yüklere karşı, minimum aşama marjının düşmesine engel olmak için gereklidir.Analog teknik makale şarj edilebilir yükler üzerinde çalışır (PVT) köşeleri, 10 pF'den 10 nF'ye kadar sübvansiyonel bir araya gelir.

Pratik Tasarım Örnekleri

0.18 μm BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) işleminde uygulanan iki aşamalı bir yükselteç göz önüne alındığında, 5 V CMOS, düşük ücretli ) [FLT: 1] MOSFETs ve dikey PNP bipolar transistörler), bir sınıf NPNter değeri ile bir araya gelir.

Bir 1 nF yükü ile yükselteç, 10 ULL serisi direnç gösterir.Incurrent protection, NPN'nin yayılmasında 1 {{ sense dirençli kullanır; bitmiş yükselteçimdeki gerilim 80 mV'ye ulaşırken (80 mA'ya kadar şarj edilir), bir komplikeli yükleme cihazı, 4 MHz'in yüksek çözünürlükte bir hıza sahip, hıza kadar hıza kadar olan bir yüksek çözünürlükte, hıza kadar hıza kadar hızlanır.

Otomotiv Kazanılan Derece ve Standartlar

Bir araçta entegre edilmek için, af-amp, 1000 saat boyunca 125 °C'de (HBM/CDM) ve nefsepsiyonel ölçümler için belirlenen hız testinin (MSL) üzerindeki hız testinin (D) yüksek çözünürlükte ölçülmesine ve doğrulanması gerekir.

EMI ve Gürültü Immunity Design Practices

Otomotiv modülleri hem radiated ile hem de RF enerjisini ateşleme sistemleri, motorlar ve kablosuz iletişimden gerçekleştirdi. Yüksek frekanslı müdahale, DC dengeleme geçişleri ile yeniden tanımlanabilir - fenomen olarak adlandırılan asimetrik olarak yeniden bir araya gelmelidir.

Off-the-Shelf Çözüm vs. Özel Tasarım

Bu makale, özel bir op-amp tasarımına odaklanırken, birçok proje mevcut otomotiv-saygılayıcıları kullanabilir.(precision, 10 MHz GBW, yüksek çıktı) zaten tipik bir sensör ihtiyacı için mükemmel bir performans sağlar.Relamento-rayın üzerinde yapılan bir tasarım genellikle mevcut kullanım koşulları ve mevcut koruma için gerekli olan 100 $ 'a kadar olan bir uygulama için gerekli olan bir uygulama.Revolo-kuvvetli veya yarı-kuvvetli tasarıma bağlıdır.

Geçerlilik ve Test Prosedürleri

Üretime özel bir op-amp getirmek, otomotiv koşulları altında titiz bir tezgah test gerektirir. Anahtar ölçümler şunları içerir:

  • [FONT:0)Gain ve faz marjı[Dönetici: 0 ila 10 nF arasında bir ağ analizörü kullanarak şarj edilebilir yüklere sahip olmak. 45°'nin minimum faz marjı PVT köşeleri ile doğrulanmalıdır.
  • [FONT=0)Exput mevcut kapasite[Dönüşüküm: otomatik V) vs.)[Dönemli[Dönemli[DÜye Olmayanlar[DÜye Olmayanlar, Güncel Limit Eşler ve Katlım Davranışları doğrulamak için eğriler.
  • [FONT=0]Load-dump hayatta kalma[Dönetici: 1 DF serisi, latch-up veya yıkım için çıktıyı takip ederken tedarike 40 V nabız uygulamak.
  • [FONT:0)EMC bağışıklığı[[DÜT:1): 100 kHz'den 400 MHz'e kadar, herhangi bir çıkış değişikliği dengelemede ölçül; DPI per IEC 62132-4 up to 1 GHz.
  • [FONT:0]Uzun vadeli istikrar[[Dönetici: 125 °C'de yükselteçin, periyodik denge ile 1000 saat boyunca elde edilmesi ve mevcut ölçümlerin kaymasını tespit etmesi.

Bu testler sadece tasarımı doğrulamıyor, ancak aynı zamanda yükselteçin araç 15 yıllık yaşam boyunca güvenilir bir şekilde performans göstereceğine, en sert elektrik ve termal stres altında bile. Karakterizasyon süreci varyasyonunu yakalamak için en az üç wafer üzerinde yapılmalıdır ve test planı sağlam üretim verimini sağlamak için her iki kat ve istatistiksel analiz içermelidir.