Mixed-Signal-IC Ansteuern, konditionieren und digitalisieren

Der ZSCC3017 bietet die vollständige Signalkonditionierung von resistiven Sensor-Brücken einschließlich der Kompensation von Offset und Drift bis hin zum digitalen Ausgangssignal mit einer Auflösung von 16 bit.

Die Signale von resistiven Sensor-Brücken sind in der Regel temperatur-abhängig und bedürfen zudem einer Linearisierung. Der Dresdner Halbleiter-Hersteller ZMD bietet für den Betrieb solcher Sensor-Brücken unter der Bezeichnung ZSSC3017 einen Mixed-Signal-Baustein in CMOS-Technologie an, der neben einem programmierbaren Differenzverstärker einen A/D-Umsetzer mit 16 bit Auflösung und einen DSP mit 18 bit Busbreite integriert.

Damit der Baustein ein vollständig korrigiertes digitales Ausgangssignal liefern kann, haben die Entwickler eine "One Shot"-Kalibrierung konzipiert. Diese erfolgt von einem PC aus über die I2C-Schnittstelle. Der DSP auf dem Chip korrigiert nach den vorgegebenen Fehlerkorrektur-Parametern und die von einem integrierten selbst-kompensierenden Temperatur-Sensor gelieferten Messwerte über mathematisch aufwendige Fehlerkorrektur-Verfahren Temperatur-Offset, Drift und Nichtlinearität. Dabei sind die Kalibrierungskoeffizienten in dem ebenfalls integrierten EEPROM abgelegt.

Die hohe Genauigkeit des Bausteins wird hardware-seitig über einen programmierbaren Differenzverstärker erreicht, der über eine Programmierung mehrerer Parameter an die Messaufgabe angepasst werden kann. Der nachfolgende A/D-Wandler wiederum arbeitet nach dem Prinzip der Ladungsbalance. Die analogen Signalpfade auf dem Chip sind sämtlich differentiell ausgelegt. Der ZSSC3017 erreicht insgesamt eine "Systemgenauigkeit" von +/-0,5 % vom Skalenendwert über den gesamten Temperatur-Bereich von --40 bis +85 °C. Der Baustein arbeitet an Versorgungsspannungen von 2,7 bis 5,5 V, die effektiver Rauschspannung bleibt unterhalb von 1,5 µV. Im "Sleep Mode" werden weniger als 2,5 µA aufgenommen.
 
Mit diesen Kennwerten und dem digitalen Ausgangssignal eignet sich der Baustein für anspruchsvolle Aufgaben, dazu zählen mobile Höhen- und Luftdruck-Messsysteme oder medizinische Geräte, etwa für die Überwachung von Gasströmungen, die Steuerung von Infusionspumpen oder nicht-invasiven Pumpensystemen für die ambulante Behandlung. Der Baustein ist erhältlich als "Die" für Wafer-Bonding oder in einem TSSOP14-Gehäuse (Thin-Shrink Small Outline Package).