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一种缓冲MAX1455高性能低成本信号调节器输出电压的解决方案

来源:analog 发布时间:2023-11-15

摘要: 提出了一种缓冲MAX1455高性能低成本信号调节器输出电压的解决方案,以便在输出上施加电阻负载时保持输出削波电平。

MAX1455高性能低成本信号调节器具有输出削波功能,是汽车应用中非常重要的诊断工具。该功能可以检测传感器模块的各种故障模式,包括失效的传感器。当一个电阻负载被施加到输出引脚在夹,夹电压被拉离标称设定点。提出了一种防止输出过长改变夹波电压值的解决方案。这是通过使用片上未提交运放作为缓冲器来实现的。PGA和卡波电路输出从卡波低到卡波高的全电压范围,运放驱动阻性负载。本文档还描述了一种自定义预编程剪辑限制的方法。

MAX1455具有独特的功能:输出信号上的可编程夹电平。该功能可以检测线束和连接器中的开路和短路。它还可以检测失效的传感器。

输出夹功能,clip - top和clip - bot,设置可编程增益放大器(PGA)的上下限输出电压限制。图1中的MAX1455方框图突出显示了剪辑功能。


图1所示。框图显示了PGA输出端的clip-top和clip-bot诊断功能。

典型的应用程序关系图如图2所示。传感器组件包含一个压力或力传感器和MAX1455信号调理IC。线束将传感器组件连接到主电子控制单元(ECU)。ECU向传感器提供供电电压(典型为5V),并接收来自传感器的电压信号。这三束线束通常与其他电线捆绑在一起,并可能通过传感器和ECU之间的几个连接器系统。希望能检测到电线或连接器中的开路,以便ECU能采取适当的行动。这个动作可能包括关闭一个子系统,忽略可疑线路上的所有测量,或者激活警示灯来指示故障情况。


图2。典型的传感器接线配置。

在ECU的Vout线上使用上拉或下拉电阻已经成为一种常见的做法,当Vout线是开路时,它将把线路拉到一个定义的状态,如图2所示。已使用2.2K欧姆 ~ 10K欧姆中R(PU)或R(PD)的值。当Vout线路是开路时,电阻器将线路拉到供电轨道并保持其稳定在该值。通常情况下,这将与空载或满负荷状态相混淆。通过将传感器的正常工作输出限制为略远离供电电压的值,供电电压就被定义为异常或故障状态(即Vout线路中的开路)。

当使用较低的R(PU)或R(PD)值时,并且需要精确控制夹片电压值,有时需要缓冲夹片电压,以防止负载将Vout信号从编程夹片设置中拉出。

MAX1455可能的夹片电压设置见表1。

表1。输出夹电压设置与VDD = 5.0VDC
剪辑(1:0)输出夹高(V)输出夹低(V)
004.900.10
014.850.15
104.800.20
114.750.25

MAX1455用于产生剪辑电平的架构导致输出阻抗在从有源区域(无剪辑,有效输出)过渡到剪辑区域(在剪辑高或剪辑低时输出饱和)时发生变化。阻抗变化为R(OUT) <2欧姆在活动区域到R(OUT) ~ 130欧姆期间剪辑。当一个输出负载被施加到输出引脚在夹,夹电压被拉离标称设定点。在典型应用中,4.7K欧姆电阻将连接到ECU中的OUT信号线,也连接到Gnd或VSS。该负载将使夹高电压偏离设定值128mV,当设置为4.75V时,导致V(CLIPHIGH) = 4.622v。

一种防止输出低电压改变夹片电压值的解决方案使用未提交的运放作为缓冲器,如图3所示。PGA和夹波电路输出从夹波低到夹波高的全电压范围,运算放大器驱动电阻负载。运算放大器能够将负载驱动到任意一个轨道,但受输入信号剪辑电平的限制。


图3。利用未提交运算放大器作为输出驱动器/缓冲区。

在剪辑期间的输出阻抗甚至可以利用产生新的剪辑电压水平,也不敏感的输出长期影响。例如,V(CLIP-HIGH) = 4.70V的目标规格可以通过对电路进行小改动来满足,如图4所示。原理变化是在MAX1455 OUT线上添加一个电阻R(ADJ),有意将夹片电压从设定值拉到一个新的期望值。辅助运算放大器再次用作主输出信号驱动器,作为单位增益缓冲器。


图4。有意地将夹片电压拉离设定值,用R(ADJ)拉到一个新的期望值。

使用的夹设定点为clip[1:0] = 11,对应夹高。Clip-low = 4.75/2.50V。由于内部固定电路配置,夹波高设定点电压的固有偏置为E0mV。当OUT处于有源区(0.250V &lt)时,电阻R(ADJ)对OUT信号没有影响;V   & lt;4.750V),由于R(OUT)为<2欧姆。然而,由于R(ADJ)的负载,夹波高电压会降低,并产生4.70V的实际输出夹波电平。

V(CLIP-HIGH)(实际)= 4.75V μ E21mV μ E130欧姆 x (4.75V-0.21V)/(130欧姆+18k欧姆) = 4.70V

其它夹片电压值可以用类似的方式获得。



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