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iC-MQ PROGRAMMIERBARER 9-BIT Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER Ausgabe D3, Seite 1/39 EIGENSCHAFTEN Latenzfreie Sinus-Digital-Wandlung bis 400 Winkelschritte 200 kHz Eingangsfrequenz für Interpolationsfaktoren von x1 bis x5 (10 kHz für x100) Flexible Pin-Konfiguration durch Signalpfad-Multiplexer PGA-Eingänge für differentielle und referenzbezogene Signale Variabler Eingangswiderstand zur Strom-/Spannungswandlung Signalkonditionierung für Offset, Amplitude und Phase Geregelte 50 mA-Stromquelle zur LED/MR-Sensorversorgung Fehlertolerante RS422-Leitungstreiber bis 50 mA Störungsfreie Zähleransteuerung durch Quadratursignale mit vorwählbarem Mindestflankenabstand Nullimpulsverarbeitung mit programm. Position und Länge Signal- und Betriebsüberwachung mit einstellbarer Alarmausgabe, Ausgangsabschaltung und Fehlerspeicherung I2C-Multi-Master-Schnittstelle für In-Circuit Kalibrierung und Parameter (EEPROM) Überwachte Versorgungsspannung mit integriertem Schalter für verpolungstolerante Systeme Übertemperaturschutz mit einstellbarem Sensor Versorgung 4.3 bis 5.5V, Betrieb von -25(-40) bis 100°C ANWENDUNGEN Optische und magnetische Positionsmessgeräte Winkelkodierer Lineare Wegmesssysteme GEHÄUSE TSSOP20 BLOCKSCHALTBILD I/V x x PGA INPUT x SIGNAL PATH MUX - x Monitor I/V - I/V I/V REVERSE POLARITY I/V I/U I/V I/V x x + ADJ x SERIAL I2C CONTROLLER NB X1 X2 GND PB REGISTER I/U INTERFACE NZ PZ I/V CH0 CH1 x X4 NA PHI Toff SCL PROTECTION Tw ACO SDA VDD iC-MQ VDDS MONITORING CONFIGURATION CONVERSION OUTPUT PA - CH2 GNDS X6 X5 LineCount SIGNAL LEVEL x I/V ZIN - x Monitor x I/V x x Sin/Cos + x x + - - - PWRon CALIBRATION ERR DIGITAL DRIVER SINE-TO-DIGITAL X3 x - x x + C Copyright © 2009 iC-Haus http://www.ichaus.com

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Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER

Ausgabe D3, Seite 1/39

EIGENSCHAFTEN

♦ Latenzfreie Sinus-Digital-Wandlung bis 400 Winkelschritte

♦ 200 kHz Eingangsfrequenz für Interpolationsfaktoren von x1

bis x5 (10 kHz für x100)

♦ Flexible Pin-Konfiguration durch Signalpfad-Multiplexer

♦ PGA-Eingänge für differentielle und referenzbezogene Signale

♦ Variabler Eingangswiderstand zur Strom-/Spannungswandlung

♦ Signalkonditionierung für Offset, Amplitude und Phase

♦ Geregelte 50 mA-Stromquelle zur LED/MR-Sensorversorgung

♦ Fehlertolerante RS422-Leitungstreiber bis 50 mA

♦ Störungsfreie Zähleransteuerung durch Quadratursignale mit

vorwählbarem Mindestflankenabstand

♦ Nullimpulsverarbeitung mit programm. Position und Länge

♦ Signal- und Betriebsüberwachung mit einstellbarer

Alarmausgabe, Ausgangsabschaltung und Fehlerspeicherung

♦ I2C-Multi-Master-Schnittstelle für In-Circuit Kalibrierung und

Parameter (EEPROM)

♦ Überwachte Versorgungsspannung mit integriertem Schalter

für verpolungstolerante Systeme

♦ Übertemperaturschutz mit einstellbarem Sensor

♦ Versorgung 4.3 bis 5.5 V, Betrieb von -25(-40) bis 100 °C

ANWENDUNGEN

♦ Optische und magnetische

Positionsmessgeräte

♦ Winkelkodierer

♦ Lineare Wegmesssysteme

GEHÄUSE

TSSOP20

BLOCKSCHALTBILD

I/V

x

x

PGA INPUT

x

SIGNAL PATH MUX

-

x

Monitor

I/V

-I/V

I/V

REVERSE POLARITY

I/V

I/U

I/V

I/V

xx+

ADJ

x

SERIAL I2C

CONTROLLER

NB

X1

X2

GND

PB

REGISTER

I/U

INTERFACE

NZ

PZ

I/V

CH0

CH1

xX4

NA

PHI

Toff

SCL

PROTECTION

Tw

ACO

SDA

VDD

iC-MQVDDS

MONITORING

CONFIGURATIONCONVERSION

OUTPUT

PA-

CH2

GNDS

X6

X5

LineCount

SIGNAL LEVEL

xI/V

ZIN

-

x

Monitor

x

I/V

xx

Sin/Cos

+

x

x

+

-

-

-

PWRon

CALIBRATION

ERR

DIGITAL DRIVER

SINE-TO-DIGITAL

X3

x

-

x

x

+

C

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Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER

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KURZBESCHREIBUNG

Der Interpolator iC-MQ ist ein nichtlinearer A/D-

Wandler, der Sinus-/Cosinus-Sensorsignale über ein

verzählsicheres Nachlaufverfahren mit wählbarer

Auflösung und Hysterese digitalisiert. Die Winkelauf-

lösung pro Sinus-Periode ist mit SELRES einstellbar;

bis zu 400 Winkelschritte sind möglich (siehe S. 26).

Die inkrementale Ausgabe des Winkelwerts er-

folgt über differentielle RS422-Treiber als Encoder-

Quadratur-Signal mit Nullimpuls, oder wahlweise als

Zählersignal für 74HC191 oder 74HC193 kompatible

Bausteine.

Der Nullimpuls wird elektronisch generiert, wenn die

Freigabe über die X1/X2-Eingänge erteilt ist, und ist

weitestgehend konfigurierbar: In der relativen Lage

zum Eingangssignal, bezüglich der logischen Ver-

knüpfung mit A bzw. B, sowie in der Breite von 90

bis 360 Grad (1/4 bis 1 T).

Ein vorwählbarer minimaler Flankenabstand sorgt für

Glitch-freie Ausgangssignale und verhindert Zählfeh-

ler, was die Störfestigkeit der Positionserfassung er-

höht.

Programmierbare Instrumentenverstärker mit wähl-

barer Verstärkung erlauben differentielle oder refe-

renzbezogene Eingangssignale; über den Eingang

X2 kann eine externe Referenz zur Bezugsquelle für

die Offset-Korrektur werden.

Die Betriebsarten unterscheiden hochohmige Im-

pedanz (V-Modi) oder niederohmige Impedanz (I-

Modi). Durch diese Anpassung an Spannungs- oder

Stromsignale ist der direkte Anschluss von MR-

Sensorbrücken oder Photosensoren möglich. Durch

die Referenzfunktion am Eingang X2 werden eben-

falls optische Abtastungen niedrig auflösender Co-

descheiben unterstützt, die Spuren nicht differentiell

sondern gegen eine Referenzfotodiode bewerten.

Die integrierte Signalkonditionierung erlaubt den Ab-

gleich der Signalamplituden und Offsetspannungen,

sowie die Korrektur eines Phasenfehlers zwischen

dem Sinus- und Cosinus-Signal. Der Kanal für das

Nullsignal ist separat einstellbar.

Aus den konditionierten Signalen wird ein Regel-

signal gewonnen, das über die integrierte 50 mA-

Treiberstufe die Sende-LED optischer Systeme an-

steuern kann (Ausgang ACO). Für magnetische Sen-

soren übernimmt diese Treiberstufe die Versorgung

der MR-Messbrücken. Durch die Nachführung der

Sensorversorgung werden Temperatur- und Alte-

rungseffekte des Sensors ausgeglichen, die Ein-

gangssignale stabilisiert und die exakte Kalibrierung

der Eingangssignale aufrecht erhalten - dadurch ist

eine gleichbleibende Genauigkeit der Interpolation

im gesamten Betriebstemperaturbereich möglich.

Werden Regelungsgrenzen erreicht, kann dies am

maskierbaren Fehlerpin ERR angezeigt werden. Er-

fasst werden Störungen zum Beispiel durch Über-

steuerung, Drahtbruch, Kurzschluss, Verschmutzung

und Alterung.

iC-MQ enthält umfangreiche Selbsttest- und

Systemdiagnose-Funktionen, zur Überwachung ei-

nes fehlerfreien Sensorbetriebs. Für alle Fehlerer-

eignisse ist separat wählbar, ob eine Meldung durch

die Anzeige am Fehlerpin ERR oder die Abschal-

tung der Ausgänge erfolgen soll. Gleichzeitig ist die

Speicherung von Fehlern im EEPROM möglich, um

eine spätere Ausfalldiagnose zu ermöglichen. Für

Drehgeber-Applikationen kann beispielsweise die

Strichzahl der Codescheibe, das Sensorsignal be-

züglich Signalstärke und Frequenz, sowie per ein-

stellbarem On-Chip-Sensor die Betriebstemperatur

überwacht werden.

Der anzeigende Fehlerpin ERR ist bidirektional,

ein extern erkannter Systemfehler kann erfasst und

ebenfalls im Fehlerspeicher registriert werden.

Der Baustein iC-MQ ist verpolungsfest und stellt ei-

ne überwachte Spannungsversorgung zum Aufbau

eines verpolungsfesten Systems zur Verfügung (für

Lastströme bis 20 mA). Der Verpolungsschutz be-

steht ebenfalls für die kurzschlussfesten Leitungs-

treiber, sodass eine versehentliche Anschlussvertau-

schung bei der Inbetriebnahme toleriert wird.

Die Bausteinkonfiguration wird nach dem Einschal-

ten über die serielle Konfigurations-Schnittstelle aus

einem externen EEPROM geladen und per CRC-

Prüfung verifiziert. Ein Mikrocontroller kann die Kon-

figuration ebenfalls vornehmen, die implementierte

Schnittstelle ist multi-master-fähig und erlaubt einen

direkten RAM-Zugriff.

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INHALT

GEHÄUSE 4

GRENZWERTE 5

THERMISCHE DATEN 5

KENNDATEN 6

PROGRAMMIERUNG 11

REGISTERBELEGUNG 12

SERIELLE

KONFIGURATIONS-SCHNITTSTELLE 14

Beispiel der CRC Berechnungsroutine . . . . 14

EEPROM-Auswahl . . . . . . . . . . . . . . . 14

I2C-Slave-Modus (ENSL = 1) . . . . . . . . . 15

BIAS-STROMQUELLE UND

TEMPERATURSENSOR-KALIBRIERUNG 16

Bias-Strom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Temperatursensor . . . . . . . . . . . . . . . 16

BETRIEBSARTEN 17

Mode ABZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Mode 191/193 . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Calibration 1, 2, 3 . . . . . . . . . . . . . . . 17

TEST 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Systemtest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

EINGANGSKONFIGURATION 19

Stromsignale . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Spannungssignale . . . . . . . . . . . . . . . 19

SIGNALPFAD-MULTIPLEXER 20

SIGNALKONDITIONIERUNG CH1, CH2 21

Verstärkungseinstellung . . . . . . . . . . . . 21

Offsetabgleich . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Phasenabgleich CH1 gg. CH2 . . . . . . . . 22

Konditionierungsbeispiele . . . . . . . . . . . 23

1. Fotodioden-Array am Stromeingang,

LED-Versorgung über

Konstantstromquelle . . . . . . . . . . . 23

2. Encoder mit 100 mVss am

Spannungseingang . . . . . . . . . . . . 23

SIGNALKONDITIONIERUNG CH0 24

Verstärkungseinstellung CH0 . . . . . . . . . 24

Offsetabgleich CH0 . . . . . . . . . . . . . . 24

SIGNALPEGEL-REGLER und

SIGNALÜBERWACHUNG 25

SINUS-DIGITAL-WANDLUNG 26

AUSGANGSEINSTELLUNGEN UND

NULLSIGNAL 27

Nullsignal-Erzeugung . . . . . . . . . . . . . 27

Funktion der CFGABZ-Einstellung . . . . . . 28

Einstellungsbeispiel 1 . . . . . . . . . . . . . 28

Einstellungsbeispiel 2 . . . . . . . . . . . . . 28

Konfiguration der Ausgangstreiber . . . . . . 29

Mindestflankenabstand . . . . . . . . . . . . 29

FEHLERÜBERWACHUNG UND

ALARMAUSGABE 30

Fehlerprotokoll . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Strichzahlfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Temperatur-Überwachung . . . . . . . . . . . 31

VERPOLUNGSSCHUTZ 32

TESTMODUS 33

Schnelle Umprogrammierung im

Single-Master-System . . . . . . . . . . 34

Schnelle Umprogrammierung im

Multi-Master-System . . . . . . . . . . . 34

APPLIKATIONSBEISPIELE 35

APPLIKATIONSHINWEISE 37

In-Circuit Programmierung des EEPROMs . . 37

Absolute Winkelgenauigkeit und Flankenjitter 37

Hinweise zum Demo-Board . . . . . . . . . . 37

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GEHÄUSE

PIN-BELEGUNG TSSOP20 PIN-FUNKTIONEN

Nr. Name Funktion

1 X1 Signaleingang 1 (Index +)

2 X2 Signaleingang 2 (Index -)

3 X3 Signaleingang 3 (

4 X4 Signaleingang 4

5 VDDS Geschaltete Versorgungsspannung

(verpolungsicher, Last bis max. 20 mA)

6 GNDS Geschaltete Masse

(verpolungsicher)

7 X5 Signaleingang 5

8 X6 Signaleingang 6

9 ACO Signalpegel-Regler,

Highside-Stromquellen-Ausgang

10 SDA Serielle Konfigurations-Schnittstelle,

Datenleitung

11 SCL Serielle Konfigurations-Schnittstelle,

Taktleitung

12 NB Inkrementalausgang B-

13 PB Inkrementalausgang B+

14 NA Inkrementalausgang A-

15 PA Inkrementalausgang A+

16 GND Masse

17 VDD +4.3...5.5 V Versorgungsspannung

18 NZ Inkrementalausgang Z-

19 PZ Inkrementalausgang Z+

20 ERR Fehlersignal (Ein-/Ausgang) / Triggerein-

gang Testmodus

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GRENZWERTE

Grenzwerte sind keine zulässigen Betriebsbedingungen, die Funktion ist nicht garantiert.

Eine Überschreitung von Grenzwerten kann den Baustein schädigen.

Kenn- Formel- Benennung Bedingungen Einh.Nr. zeichen Min. Max.

G001 V() Spannung an VDD, PA, NA, PB, NB,

PZ, NZ, SCL, SDA, ACO

-6 6 V

G002 V() Spannung an ERR -6 8 V

G003 V() Pin-Pin Spannung 6 V

G004 V() Spannung an X1...X6, SCL, SDA -0.3 VDDS +

0.3

V

G005 I(VDD) Strom in VDD -20 400 mA

G006 I() Strom in VDDS, GNDS -50 50 mA

G007 I() Strom in X1...X6, SCL, SDA, ERR -20 20 mA

G008 I() Strom in PA, NA, PB, NB, PZ, NZ -100 100 mA

G009 I(ACO) Strom in ACO -100 20 mA

G010 Vd() Zulässige ESD-Prüfspannung an allen

Pins

HBM 100 pF entladen über 1.5 kΩ 2 kV

G011 Ptot Zulässige Verlustleistung 300 mW

G012 Tj Chip-Temperatur -40 150 °C

G013 Ts Lagertemperatur -40 150 °C

THERMISCHE DATEN

Betriebsbedingungen: VDD = 4.3 ... 5.5 V

Kenn- Formel- Benennung Bedingungen Einh.Nr. zeichen Min. Typ Max.

T01 Ta Zulässiger

Umgebungstemperaturbereich

(erweiterter Temperaturbereich bis

-40 °C auf Anfrage)

-25 100 °C

T02 Rthja Thermischer Widerstand

Chip / Umgebung

80 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.

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KENNDATEN

Betriebsbedingungen: VDD = 4.3...5.5 V, Tj = -40...125 °C, IBN auf 200 µA kalibriert, wenn nicht anders angegeben.

Kenn- Formel- Benennung Bedingungen Einh.Nr. zeichen Min. Typ Max.

Allgemeines

001 V(VDD) Zulässige Versorgungsspannung Laststrom I(VDDS) bis 10 mA 4.3 5.5 VLaststrom I(VDDS) bis 20 mA 4.5 5.5 V

002 I(VDD) Versorgungsstrom Tj = -40...125 °C, keine Last 25 mATj = 27 °C, keine Last 12 mA

003 I(VDDS) Zulässiger Laststrom in VDDS -20 0 mA

004 Vcz()hi Clamp-Spannung hi an allen Pins 11 V

005 Vc()hi Clamp-Spannung hi an Eingän-

gen SCL, SDA

Vc()hi = V() - V(VDD), I() = 1 mA 0.4 1.5 V

006 Vc()hi Clamp-Spannung hi an Eingän-

gen X1...X6

Vc()hi = V() - V(VDD), I() = 4 mA 0.3 1.2 V

007 Vc()lo Clamp-Spannung lo an allen Pins I() = -4 mA -1.2 -0.3 V

Signalkonditionierung, Eingänge X1...X6 (CH1, CH2: i = 12, CH0: i = 0)

101 Vin()sig Zulässiger

EingangsspannungsbereichRINi() = 0x01 0.75 VDDS

− 1.5

V

RINi() = 0x09 0 VDDS V

102 Iin()sig Zulässiger Eingangsstrombereich RINi(0) = 0; BIASi = 0 -300 -10 µARINi(0) = 0; BIASi = 1 10 300 µA

103 Iin() Eingangsstrom RINi() = 0x01 -10 10 µA

104 Rin() Eingangswiderstand gg. VREFin Tj = 27 °C;RINi(3:0) = 0x09 16 20 24 kΩRINi(3:0) = 0x00 1.1 1.6 2.1 kΩRINi(3:0) = 0x02 1.6 2.3 3.0 kΩRINi(3:0) = 0x04 2.2 3.2 4.2 kΩRINi(3:0) = 0x06 3.2 4.6 6.0 kΩ

105 TC(Rin) Temperaturkoeffizient von Rin 0.15 %/K

106 VREFin() Referenzspannungen

VREFin0, VREFin12RINi(0) = 0, BIASi = 1 1.35 1.5 1.65 VRINi(0) = 0, BIASi = 0 2.25 2.5 2.75 V

107 G0, G12 Einstellbare Verstärkungsfaktoren RINi(3) = 0, GRi und GFi = 0x0 2RINi(3) = 0, GRi und GFi = max. 100

RINi(3) = 1, GRi und GFi = 0x0 0.5RINi(3) = 1, GRi und GFi = max. 25

108 Gdiff Relative Verstärkung CH1 gg.

CH2GF2 = 0x10, GF1 = 0x0 39 %GF2 = 0x10, GF1 = 0x7F 255 %

109 ∆G Inkrementschrittweite der

Verstärkungsfeineinstellungfür CH0 1.06für CH1 1.015für CH2 1.06

110 INL(Gi) Integraler Linearitätsfehler der

Verstärkungseinstellung

-1.06 1.06

111 Vin()diff Empfohlene

Diff.-EingangsspannungVin()diff = V(PCHx) - V(NCHx);RINi(3) = 0 10 500 mVppRINi(3) = 1 40 2000 mVpp

112 Vin()os Offsetspannung der

Eingangsstufe

bezogen auf Eingangsseite 25 µV

113 VOScal Abgleichbereich Offset bezogen auf die gewählte Quelle (VOS0 bzw.

VOS12), Modus Calibration 2;ORi = 00 ±100 %V()ORi = 01 ±200 %V()ORi = 10 ±600 %V()ORi = 11 ±1200 %V()

114 ∆OF0 CH0 Inkrementschrittweite für

Feinabgleich Offset

bezogen auf die gewählte Quelle VOS0;

OR0 = 0x0

3.2 %

115 ∆OF12 CH1/2 Inkrementschrittweite für

Feinabgleich Offset

bezogen auf die gewählte Quelle VOS12;

OR12 = 0x0

0.79 %

116 INL(OFi) Integraler Linearitätsfehler für

Offsetabgleich

eingeschränkte Testabdeckung (garantiert

durch Design)

-5 5 LSB

117 PHI12 Abgleichbereich Phasenkorrektur CH1 gegen CH2 ±20.2 °

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Ausgabe D3, Seite 7/39

KENNDATEN

Betriebsbedingungen: VDD = 4.3...5.5 V, Tj = -40...125 °C, IBN auf 200 µA kalibriert, wenn nicht anders angegeben.

Kenn- Formel- Benennung Bedingungen Einh.Nr. zeichen Min. Typ Max.

118 ∆PHI12 Inkrementschrittweite der Pha-

senkorrektur

0.63 °

119 INL(PHI12) Integraler Linearitätsfehler der

Phasenkorrektur

eingeschränkte Testabdeckung (garantiert

durch Design)

-0.8 0.8 °

120 fin() Zulässige Maximale Eingangsfre-

quenz

analoger Signalpfad 200 kHz

121 Vout(X2) Ausgangsspannung an X2 BIASEX = 10, I(X2) = 0, bezogen auf VREFin12 95 100 105 %

122 Vin(X2) Zuässige Eingangsspannung an

X2

BIASEX = 11 0.5 VDDS

− 2

V

123 Rin(X2) Eingangswiderstand an X2 BIASEX = 11, RIN0(3:0) = 0x01, RIN12(3:0) =

0x01

20 27 30 kΩ

Sinus-Digital-Wandlung

201 AAabs Absolute Winkelgenauigkeit bezogen auf 360° Eingangssignale, ideale

Signalform, quasistatisches Signal, kalibrierte

Signalkonditionierung, SELHYS = 0

0.9 1.8 °

202 AArel Relativer Winkelfehler bezogen auf Ausgangsperiode T (siehe Bild 1),

ideale Signalform, quasistatische Signale;bei 4 Flanken pro Periode 10 %bei 100 Flanken pro Periode <0.5 10 %bei 384 Flanken pro Periode 10 %bei 400 Flanken pro Periode <2 10 %

203 AAR Wiederholgenauigkeit siehe 201, VDD = const., Tj = const. 0.1 °

Leitungstreiber PA, NA, PB, NB, PZ, NZ

501 Vs()hi Sättigungsspannung hi Vs() = VDD - V();SIK(1:0) = 00, I() = -1.2 mA 200 mVSIK(1:0) = 01, I() = -4 mA 200 mVSIK(1:0) = 10, I() = -20 mA 400 mVSIK(1:0) = 11, I() = -50 mA 700 mV

502 Vs()lo Sättigungsspannung lo SIK(1:0) = 00, I() = 1.2 mA 200 mVSIK(1:0) = 01, I() = 4 mA 200 mVSIK(1:0) = 10, I() = 20 mA 400 mVSIK(1:0) = 11, I() = 50 mA 700 mV

503 Isc()hi Kurzschlussstrom hi V() = 0 V;SIK(1:0) = 00 -4 -1.2 mASIK(1:0) = 01 -12 -4 mASIK(1:0) = 10 -60 -20 mASIK(1:0) = 11 -150 -50 mA

504 Isc()lo Kurzschlussstrom lo V() = VDD;SIK(1:0) = 00 1.2 4 mASIK(1:0) = 01 4 12 mASIK(1:0) = 10 20 60 mASIK(1:0) = 11 50 150 mA

505 tr() Anstiegszeit RL = 100 Ω nach GND;SSR(1:0) = 00 5 20 nsSSR(1:0) = 01 5 40 nsSSR(1:0) = 10 20 140 nsSSR(1:0) = 11 50 350 ns

506 tf() Abfallzeit RL = 100 Ω nach VDD;SSR(1:0) = 00 5 20 nsSSR(1:0) = 01 5 40 nsSSR(1:0) = 10 30 140 nsSSR(1:0) = 11 50 350 ns

507 Ilk()tri Leckstrom TRIHL(1:0) = 11, Tristate 20 100 µA

508 IIk()rev Leckstrom verpolte Versorgungsspannung 100 µA

509 Rin()cal Innenwiderstand für Testsignale Betriebsart Calibration 1, 2, 3 2.5 4 kΩ

510 I()cal Zulässige Testsignal-Belastung Betriebsart Calibration 1, 2, 3 -3 3 µA

511 tclk()lo Taktsignaldauer lo für CP, CPD,

CPUBetriebsart Mode 191/193;MTD = 0x0 110 nsMTD = 0x7 800 ns

512 tw()hi Tastverhältnis bezogen auf Ausgangsperiode T, siehe Bild 1 50 %

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Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER

Ausgabe D3, Seite 8/39

KENNDATEN

Betriebsbedingungen: VDD = 4.3...5.5 V, Tj = -40...125 °C, IBN auf 200 µA kalibriert, wenn nicht anders angegeben.

Kenn- Formel- Benennung Bedingungen Einh.Nr. zeichen Min. Typ Max.

513 tAB Phasenlage A gg. B siehe Bild 1 25 %

514 tMTD Mindestflankenabstand Flanke zu Flanke, siehe Bild 1;MTD = 0x0, IBN auf 200 µA kalibriert 220 nsMTD = 0x0, IBN auf 220 µA kalibriert 200 ns

515 ∆t()MTD Toleranz Mindestflankenabstand Nennwerte in Tabelle 52 -15 15 %

516 ∆t()MTD Variation Mindestflankenabstand Veränderung gg. VDD = 5 V, Tj = 27 °C über

VDD = 4.3...5.5 V oder Tj = -40...125 °C

+/- 2 %

Signalpegel-Regler ACO

601 Vs()hi Sättigungsspannung hi Vs() = VDD - V();ADJ(8:0) = 0x11F, I(ACO) = -5 mA 1 VADJ(8:0) = 0x13F, I(ACO) = -10 mA 1 VADJ(8:0) = 0x15F, I(ACO) = -25 mA 1 VADJ(8:0) = 0x17F, I(ACO) = -50 mA 1.2 V

602 Isc()hi Kurzschlussstrom hi V() = 0 ... VDD - 1 V;ADJ(8:0) = 0x11F -10 -5 mAADJ(8:0) = 0x13F -20 -10 mAADJ(8:0) = 0x15F -50 -25 mAV() = 0 ... VDD - 1.2 V;ADJ(8:0) = 0x17F -100 -50 mA

603 It()min Überwachung Regelbereich 1:

untere Grenze

bezogen auf Bereich ADJ(6:5) 3 %Isc

604 It()max Überwachung Regelbereich 2:

obere Grenze

bezogen auf Bereich ADJ(6:5) 90 %Isc

605 Vt()min Überwachung Signalpegel 1:

untere Grenze

bezogen auf Vscq() 40 %Vpp

606 Vt()max Überwachung Signalpegel 2:

obere Grenze

bezogen auf Vscq() 130 %Vpp

Bias-Stromquelle und Referenzspannungen

801 IBN Bias-Stromquelle Calibration 1, I(NB) gg. VDDS;CFGIBN = 0x0 110 µACFGIBN = 0xF 370 µAIBN bei T = 25 °C abgeglichen 180 200 220 µA

802 VBG Interne Bandgap-Referenz 1.2 1.25 1.3 V

803 VPAH Referenzspannung 45 50 55 %VDDS

804 V05 Referenzspannung V05 450 500 550 mV

805 V025 Referenzspannung V025 50 %V05

Power-Down-Reset

901 VDDon Einschaltschwelle VDD, System-

freigabe

zunehmende Spannung an VDD 3.6 4.0 4.3 V

902 VDDoff Abschaltschwelle VDD, Power-

Down-Reset

abnehmende Spannung an VDD 3.0 3.5 3.8 V

903 VDDhys Hysterese 0.4 V

Fehlersignal Eingang/Ausgang, Pin ERR

B01 Vs()lo Sättigungsspannung lo gegen GND, I() = 4 mA 0.4 V

B02 Isc()lo Kurzschlussstrom lo gegen GND, V(ERR) ≤ VDD 4 5 8 mA

B03 Isc() Low-Side Quellenstrom für

Datenausgabegegen GND, V(ERR) > VTMonL-Zustand 2 mAZ-Zustand 0 mA

B04 Vt()hi Eingangsschwellspannung hi gegen GND 2 V

B05 Vt()lo Eingangsschwellspannung lo gegen GND 0.8 V

B06 Vt()hys Eingangshysterese Vt()hys = Vt()hi − Vt()lo 300 500 mV

B07 Ipu() Eingangs-Pull-Up-Strom V() = 0...VDD − 1 V, EPU = 1 -400 -300 -200 µA

B08 Vpu() Pull-Up-Spannung Vpu() = VDD − V(), I() = -5 µA, EPU = 1 0.4 V

B09 VTMon Einschaltschwelle Testmodus zunehmende Spannung an ERR VDD +

2

V

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Ausgabe D3, Seite 9/39

KENNDATEN

Betriebsbedingungen: VDD = 4.3...5.5 V, Tj = -40...125 °C, IBN auf 200 µA kalibriert, wenn nicht anders angegeben.

Kenn- Formel- Benennung Bedingungen Einh.Nr. zeichen Min. Typ Max.

B10 VTMoff Abschaltschwelle Testmodus abnehmende Spannung an ERR VDD +

0.5

V

B11 VTMhys Hysterese Testmodus VTMhys = VTMon − VTMoff 0.15 0.3 V

B12 fclk() Signalfrequenz zur

DatenausgabeENFAST = 0 120 160 200 kHzENFAST = 1 480 640 800 kHz

B13 tp(ERR)in Sperrzeit für Verarbeitung einer

Systemfehler-Meldung an ERR

nach dem Einschalten (VDD > VDDon) 10 ms

Verpolungsschutz und Spannungsschalter VDDS, GNDS

C01 Vs() Sättigungsspannung gg. VDD Vs(VDDS) = VDD − V(VDDS);I(VDDS) = -10...0 mA 150 mVI(VDDS) = -20...-10 mA 250 mV

C02 Vs() Sättigungsspannung gg. GND Vs(GNDS) = V(GNDS) − GND;I(GNDS) = 0...10 mA 150 mVI(GNDS) = 10...20 mA 200 mV

C03 Irev(VDD) Stromaufnahme bei Verpolung V(VDD) = −5.5 V...−4.3 V -1 0 mA

Serielle Konfigurations-Schnittstelle SCL, SDA

D01 Vs()lo Sättigungsspannung lo I = 4 mA 400 mV

D02 Isc()lo Kurzschlussstrom lo 4 75 mA

D03 Vt()hi Eingangsschwellspannung hi 2 V

D04 Vt()lo Eingangsschwellspannung lo 0.8 V

D05 Vt()hys Eingangshysterese Vt()hys = Vt()hi − Vt()lo 300 500 mV

D06 Ipu() Eingangs-Pull-Up-Strom V() = 0...VDDS − 1 V -600 -300 -60 µA

D07 Vpu() Pull-Up-Spannung Vpu() = VDDS − V(), I() = -5 µA 0.4 V

D08 fclk() Taktfrequenz an SCL ENFAST = 0 60 80 100 kHzENFAST = 1 240 320 400 kHz

D09 tbusy()cfg Dauer der Konfigurationsphase IBN nicht abgeglichen, EEPROM-Zugriff ohne

Lesefehler, Zeit bis Ausgangsfunktion;ENFAST = 0 36 48 msENFAST = 1 24 34 ms

D10 tbusy()err Ende der I2C-Kommunikation;

Zeit bis Freigabe der I2C-Slave

Funktion

IBN nicht abgeglichen;V(SDA) = 0 V 4 12 msV(SCL) = 0 V oder Arbitrierung verloren indef. mskein EEPROM 45 135 msCRC-Fehler 95 285 ms

D11 tp() Übernahme der Masterfunktion

nach I2C-Protokollfehler

SCL ohne Taktsignal: V(SCL) = konstant;IBN nicht abgeglichen 25 80 240 µsIBN auf 200µA abgeglichen 64 80 120 µs

Temperatur-Überwachung

E01 VTs Sensorspannung

TemperatursensorVTs() = VDDS − V(PA),Calibration 3, ohne Last;Tj = -40 °C 740 770 790 mVTj = 27 °C 620 650 670 mVTj = 100 °C 460 520 540 mV

E02 TCs Temperaturkoeffizient Sensor-

spannung

-1.8 mV/K

E03 VTth Einschaltschwellspannung für

TemperaturwarnungVTth() = VDDS − V(NA), Tj = 27 °C,Calibration 3, ohne Last;CFGTA(3:0) = 0x0 260 310 360 mVCFGTA(3:0) = 0xF 470 550 630 mV

E04 TCth Temperaturkoeffizient der Ein-

schaltschwellspannung

0.06 %/K

E05 Tw Einschaltschwelle der

TemperaturwarnungCFGTA(3:0) = 0x0 125 140 °CCFGTA(3:0) = 0xF 65 80 °C

E06 Thys Temperaturhysterese Warnung 80 °C < Tj < 125 °C 10 15 25 °C

E07 ∆T Relative Abschalttemperatur ∆T = Toff − Tw 5 15 25 °C

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Ausgabe D3, Seite 10/39

A

B

tAB tMTD

twhi

T

AArel AArel

Bild 1: Definition des relativen Winkelfehlers und Mindestflankenabstand

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Ausgabe D3, Seite 11/39

PROGRAMMIERUNG

Registerbelegung, Übersicht . . . . . . . . . . . . . . Seite 12

Serielle Konfigurations-Schnittstelle . . . . . . Seite 14

ENFAST: I2C Fast-Mode Freigabe

ENSL: I2C Slave-Mode Freigabe

DEVID: Device-ID für EEPROM mit

Konfigurationsdaten (z. B. 0x50)

CHKSUM: CRC über Konfigurationsdaten

(Adressbereich 0x00 bis 0x2F)

CHPREL: Chip Release

END: Konfigurationsfreigabe

Kalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seite 16

CFGIBN: Bias-Strom

CFGTA: Temperatur-Überwachung

Betriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seite 17

MODE: Betriebsarten

Eingangskonfiguration und

Signalpfad-Multiplexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Seite 19

INMODE: Umschaltung differenzielle /

referenz-bezogene Signale

RIN12: I/U-Modus und Eingangswiderstand

CH1, CH2

BIAS12: Referenzspannung CH1, CH2

RIN0: I/U-Modus und Eingangswiderstand

CH0

BIAS0: Referenzspannung CH0

BIASEX: Eingangsseitige Referenzauswahl

INVZ: Invertierung Nullimpuls

MUXIN: Zuordnung Eingang zum Kanal:

X3...X6 zu CH1, CH2

Signalkonditionierung CH1, CH2 (X3...X6) Seite 21

GR12: Verstärkungsbereich CH1, CH2 (grob)

GF1: Verstärkungsfaktor CH1 (fein)

GF2: Verstärkungsfaktor CH2 (fein)

VOS12: Offset-Bezugsquelle 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: Verstärkungbereich CH0 (grob)

GF0: Verstärkungsfaktor CH0 (fein)

VOS0: Offset-Bezugsquelle CH0

OR0: Offset-Abgleichbereich CH0 (grob)

OF0: Offset-Faktor CH0 (fein)

Signalpegel-Regler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seite 25

ADJ: Programmierung der ACO Funktion

Sinus-Digital-Wandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seite 26

SELRES: Auflösung

SELHYS: Hysterese

Ausgabelogik Quadratursignale . . . . . . . . . . .Seite 27

CFGABZ: Ausgabelogik

CFGZPOS: Nullsignal-Positionierung

ENZFF: Nullsignal-Synchronisation

Ausgangseinstellungen Quadratursignale Seite 29

MTD: Mindestflankenabstand

SIK: Treiber Kurzschlussstrom

SSR: Treiber Slewrate

TRIHL: Treiber Betriebsart

Fehlerüberwachung und Alarmausgabe . . Seite 30

EMTD: Minimale Alarmanzeigedauer

EPH: Alarm-Ein-/Ausgabe-Logik

EPU: Pull-Up-Freigabe für Alarmausgang

EMASKA: Fehlermaske für Alarmanzeige (Pin

ERR)

EMASKE: Fehlermaske für Protokoll (EEPROM)

EMASKO: Fehlermaske für Treiberabschaltung

PDMODE: Treiberaktivierung nach

Wiedereinschalten

LINECNT: Strichzahl (Linien) zwischen 2

Nullimpulsen

ERR1: Fehlerprotokoll: Erster Fehler

ERR2: Fehlerprotokoll: Letzter Fehler

ERR3: Fehlerprotokoll: Historie

Testmodus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seite 33

EMODE: Testmodus

EMODE2: Register- und Adressauswahl für

Testmodus

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REGISTERBELEGUNG

ÜBERSICHT

Adr Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0

Serielle Konfigurations-Schnittstelle

0x00 ENFAST DEVID(6:0)

Kalibrierung

0x01 CFGIBN(3:0) CFGTA(3:0)

Betriebsarten

0x02 END 1 0 ENZFF MODE(3:0)

Eingangskonfiguration

0x03 0 0 0 0 INVZ INMODE MUXIN(1:0)

Signalkonditionierung CH1, CH2

0x04 GF2(4:0) GR12(2:0)

0x05 GF1(3:0) 0 0 0 0

0x06 VDC1(0) 0 0 0 0 GF1(6:4)

0x07 0 0 0 VDC1(5:1)

0x08 OR1(0) VDC2(5:0) 0

0x09 OF1(3:0) 0 0 0 OR1(1)

0x0A 0 0 OR2(1:0) OF1(7:4)

0x0B OF2(6:0) 0

0x0C PH12(2:0) 0 0 0 0 OF2(7)

0x0D BIASEX(1:0) 0 1 1 PH12(5:3)

0x0E 1 BIAS12 VOS12(1:0) RIN12(3:0)

Signalpegel-Regler

0x0F ADJ(0) — 0 1 0 0 0 0

0x10 ADJ(8:1)

Signalkonditionierung CH0

0x11 GF0(4:0) GR0(2:0)

0x12 OF0(5:0) OR0(1:0)

0x13 0 BIAS0 VOS0(1:0) RIN0(3:0)

Fehlerüberwachung und Alarmausgabe

0x14 EMASKA(7:0)

0x15 EMODE(1:0) EMTD(2:0) EPH EMASKA(9:8)

0x16 EMASKO(7:0)

0x17 EMASKE(3:0) ENSL EPU EMASKO(9:8)

0x18 EMODE2 PDMODE EMASKE(9:4)

Nullsignal-Ausgabe

0x19 CFGABZ(7:0)

0x1A CFGZPOS(7:0)

Sinus-Digital-Wandlung, Mindestflankenabstand

0x1B SELRES(7:0)

0x1C — SELRES(14:8)

0x1D MTD(3:0) SELHYS(3:0)

Treibereinstellungen

0x1E — — SIK(1:0) SSR(1:0) TRIHL(1:0)

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ÜBERSICHT

Adr Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0

Linienzähler

0x1F LINECNT(7:0)

0x20 — — LINECNT(13:8)

Reserviert

0x21 0 0 0 0 1 0 0 0

0x22 — — — — — — — —

0x23 — — — — — — — —

0x24 reserviert fuer applikationsspezifische Daten

0x25 reserviert fuer applikationsspezifische Daten

0x26 reserviert fuer applikationsspezifische Daten

0x27 reserviert fuer applikationsspezifische Daten

0x28 reserviert fuer applikationsspezifische Daten

0x29 reserviert fuer applikationsspezifische Daten

0x2A reserviert fuer applikationsspezifische Daten

0x2B reserviert fuer applikationsspezifische Daten

0x2C reserviert fuer applikationsspezifische Daten

0x2D reserviert fuer applikationsspezifische Daten

0x2E reserviert fuer applikationsspezifische Daten

Prüfsumme

0x2F EEPROM: CHKSUM(7:0) / ROM: CHPREL(7:0)

Fehlerspeicher

0x30 ERR1(7:0)

0x31 ERR2(5:0) ERR1(9:8)

0x32 ERR3(3:0) ERR2(9:6)

0x33 — — ERR3(9:4)

Hinweis Nach dem Einschalten enthält das Baustein-RAM zunächst zufällige Werte.

Tab. 4: Registerbelegung

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Ausgabe D3, Seite 14/39

SERIELLE KONFIGURATIONS-SCHNITTSTELLE

Die serielle Konfigurations-Schnittstelle besteht aus

den beiden Pins SCL und SDA und ermöglicht

Schreib- und Lesezugriffe auf ein EEPROM mit I2C-

Schnittstelle. Mit dem Registerbit ENFAST kann die

Auslesegeschwindigkeit gewählt werden.

ENFAST Adr 0x00, bit 7

Code Funktion

0 Normale Taktfrequenz, f(SCL) ca. 80 kHz

1 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-MQ

ebenfalls Versorgungsspannung erhalten (5 V and

VDD).

Tab. 5: Taktfrequenz Konfigurations-Schnittstelle

Nach dem Einschalten der Versorgung sind die Aus-

gänge von iC-MQ hochohmig (Tristate*) bis eine gülti-

ge Konfiguration aus dem EEPROM mit der Device-ID

0x50 ausgelesen wurde.

Bitfehler im Speicherbereich 0x00 bis 0x2F werden

durch den im Register CHKSUM(7:0) hinterlegten

CRC-Wert erkannt (Adr 0x2F im EEPROM, CRC-

Polynom “1 0001 1101“ mit Startwert "1").

Werden die gelesenen Konfigurationsdaten nicht

durch den CRC-Wert bestätigt, wird der Einlesevor-

gang wiederholt. Sind nach dem vierten Einlesevor-

gang keine gültigen Konfigurationsdaten vorhanden,

beendet iC-MQ den EEPROM-Zugriff und wechselt in

den I2C-Slave-Modus. Dieser Wechsel erfolgt spätes-

tens nach 150 ms (siehe Kenndaten D11), zum Bei-

spiel wenn kein EEPROM angeschlossen ist.

Für Bausteine, die eine gültige Konfiguration aus dem

EEPROM laden, entscheidet das Register-Bit ENSL

über die Freigabe der I2C-Slave-Funktion.

ENSL Adr 0x17, bit 3

Code Funktion

0 Normalbetrieb

1 I2C-Slave-Mode Freigabe (Device-ID 0x55)

Tab. 6: Modus Konfigurations-Schnittstelle

In das Register DEVID(6:0) (Adr 0x00) ist die Device-

ID für das EEPROM eintragbar, aus dem iC-MQ die

Konfiguration nach Verlassen des Testmodus bezie-

hen soll (siehe Seite 33). Die darin gespeicherte DE-

VID wird nachfolgend übernommen.

Beispiel der CRC Berechnungsroutine

unsigned char ucDataStream = 0;i n t iCRCPoly = 0x11D ;unsigned char ucCRC=0;i n t i = 0 ;

ucCRC = 1; / / s t a r t value ! ! !for ( iReg = 0; iReg <47; iReg ++)

ucDataStream = ucGetValue ( iReg ) ;for ( i =0; i <=7; i ++)

i f ( ( ucCRC & 0x80 ) != ( ucDataStream & 0x80 ) )ucCRC = (ucCRC << 1) ^ iCRCPoly ;

elseucCRC = (ucCRC << 1 ) ;

ucDataStream = ucDataStream << 1;

EEPROM-Auswahl

Folgende Mindestanforderungen müssen erfüllt sein:

• Funktion ab 3.3 bis 5 V, I2C-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 ver-

zichtet werden (EMASKE = 0x0).

• Device ID 0x50 "1010 000", keine Belegung von

0x55 (A2...A0 = 0). Andernfalls kann iC-MQ nicht

über 0x55 im I2C Slave-Mode angesprochen

werden.

Bausteinempfehlung: Atmel AT24C01B, ST M24C01W

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Ausgabe D3, Seite 15/39

I2C-Slave-Modus (ENSL = 1)

In diesem Modus verhält sich iC-MQ wie ein I2C-

Slave mit der Device-ID 0x55 und die Konfigurations-

Schnittstelle erlaubt Schreib- und Lese-Zugriffe auf iC-

MQ’s interne Register.

Zur Überprüfung der Chipversion ist eine Kennung im

ROM hinterlegt und über Adresse 0x2F lesbar; ein

Schreibzugriff auf diese Adresse ist nicht zulässig.

CHPREL Adr 0x2F, bit 7:0 (ROM)

Code Chipversion

0x00 Nicht verfügbar

0x04 iC-MQ 3

0x08 iC-MQ X

0x09 iC-MQ X1

Tab. 7: Chipversion

END Adr 0x02, bit 7

Code Funktion

0 Sin/D-Wandlung und Ausgangstreiber

ausgeschaltet

(ungültige Konfigurationsdaten im RAM)

1 Neustart Sin/D-Wandlung, Ausgangstreiber aktiv

(gültige Konfigurationsdaten im RAM)

Tab. 8: Konfigurationsfreigabe

Register Lesezugriff im I2C-Slave-Modus (ENSL = 1)

Adresse Inhalt

0x00-0x21 Konfiguration: Registeradressen 0x00-0x21

0x22-0x2A Nicht verfügbar

0x2B-0x2E Konfiguration: Registeradressen 0x2B-0x2E

0x2F Chipversion (ROM)

0x30-0x33 Konfiguration: Registeradressen 0x30-0x33

0x34-0x3A Nicht verfügbar

0x3B-0x3E Konfiguration: Registeradressen 0x2B-0x2E

0x3F Chipversion (ROM)

0x40-0x43 Aktueller Fehlerspeicher

0x44-0x7F Nicht verfügbar

Tab. 9: RAM-Lesezugriff

Register Schreibzugriff im I2C-Slave-Modus (ENSL = 1)

Adresse Zugriff und Bedingungen

0x00 Änderungen uneingeschränkt möglich

0x01 Änderungen möglich

(falsche Werte für CFGIBN können die Funtion

beeinträchtigen)

0x02 Änderung der Bits 6:0 zulässig wenn Sin/D-

Wandlerfunktion gestoppt (END = 0, bzw. Bit 7);

Neustart der Sin/D-Wandlung durch Änderung von

END (Bit 7) zulässig, wenn Betriebsart unverändert

(Bits 6:0 konstant)

0x03-0x16 Änderungen uneingeschränkt möglich

0x17 Änderung der Bits 7:4 und 2:0 zulässig

(ENSL, Bit 3 muss 1 gesetzt bleiben)

0x18 Änderungen uneingeschränkt möglich

0x19-0x21 Änderungen zulässig wenn Sin/D-Wandlerfunktion

gestoppt (END = 0)

0x2B-0x2E Änderungen uneingeschränkt möglich

Sonstige Keine Änderungen zulässig

Tab. 10: RAM-Schreibzugriff

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Ausgabe D3, Seite 16/39

BIAS-STROMQUELLE UND TEMPERATURSENSOR-KALIBRIERUNG

Bias-Strom

Die Kalibrierung der Bias-Stromquelle in der Betriebs-

art Calibration 1 (siehe Tabelle 13) ist Vorausset-

zung für die Einhaltung der ausgewiesenen elektri-

schen Kenndaten und mitbestimmend für das Chip-

Timing (z.B. SCL-Taktfrequenz). Zur Einstellung wird

der IBN Bias-Strom über einen 10-kΩ-Widerstand von

Pin VDDS gg. Pin NB gemessen. Der Sollwert ist

200 µA, was einer Messspannung von 2 V entspricht.

CFGIBN Adr 0x01, bit 7:4

Code k IBN ∼ 3139−k

Code k IBN ∼ 3139−k

0x0 79 % 0x8 100 %

0x1 81 % 0x9 103 %

0x2 84 % 0xA 107 %

0x3 86 % 0xB 111 %

0x4 88 % 0xC 115 %

0x5 91 % 0xD 119 %

0x6 94 % 0xE 124 %

0x7 97 % 0xF 129 %

Tab. 11: Bias-Strom

Temperatursensor

Die Kalibrierung der Temperaturüberwachung erfolgt

in der Betriebsart Calibration 3.

Für die Einstellung auf die gewünschte Warnungstem-

peratur T2 wird zunächst die Sensorspannung VTs des

Temperatursensors bestimmt, bei der die Warnungs-

meldung erfolgt. Dazu wird am Pin PA eine Span-

nungsrampe von VDDS in Richtung GNDS durchfah-

ren, bis Pin ERR die Warnungsmeldung anzeigt. Dazu

sind die folgenden Einstellungen erforderlich: EMAS-

KA = 0x20, EMTD = 0x00, EPH = 0x00.

Das Signal an ERR wechselt zunächst von Tri-State

nach Low (bei Erreichen der Warnungsschwelle VTs)

und nachfolgend von Low nach Tri-State (bei Über-

schreitung der internen Hysterese, was für die Kali-

brierung nicht relevant ist). Um Verwechslungen aus-

zuschliessen, sollte ein eindeutiger Zustandswechsel

(von Low nach High) mit Hilfe eines externen Pull-Up-

Widerstands am Pin ERR erzeugt werden.

Beispiel: VTs(T1) ist ca. 650 mV, gemessen von VDDS

gegen PA, bei T1 = 25 °C;

Anschliessend wird die benötigte Vergleichsspannung

VTth(T1) berechnet. In diese Berechnung geht die ge-

wünschte Warnungstemperatur T2, die Temperaturko-

effizienten TCs und TCth (für TCs und TCth siehe el.

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 hoch-

ohmige Messung (10 MΩ) am Ausgangspin NA zur

Verfügung (Messung gg. VDDS) und muss durch Pro-

grammierung von CFGTA(3:0) auf den berechneten

Wert eingestellt werden.

Beispiel: Die Änderung von VTth(T1) von 310 mV (ge-

messen für CFGTA(3:0)= 0x0) auf 443 mV entspricht

143 %, der nächstliegende Wert für CFGTA ist 0x9;

CFGTA Adr 0x01, bit 3:0

Code k VTth ∼ 65+3k65

Code k VTth ∼ 65+3k65

0x0 100 % 0x8 137 %

0x1 105 % 0x9 142 %

0x2 109 % 0xA 146 %

0x3 114 % 0xB 151 %

0x4 118 % 0xC 155 %

0x5 123 % 0xD 160 %

0x6 128 % 0xE 165 %

0x7 132 % 0xF 169 %

Hinweise Bei CFGTA = 0xF ist Toff 80 °C typ.,

bei CFGTA = 0x0 ist Toff 155 °C typ.

Tab. 12: Temperatur-Überwachung

Page 17: Mq Datasheet D3de

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Ausgabe D3, Seite 17/39

BETRIEBSARTEN

iC-MQ stellt verschiedene Betriebsarten zur Verfü-

gung, die Funktion der Ausgänge PA, NA, PB, NB, PZ,

NZ und ERR wird hierfür umgeschaltet.

Zur Winkelwertausgabe im Normalbetrieb sind zwei

Betriebsarten wählbar: Mode 191/193 stellt Steuersi-

gnale für 74HC191 oder 74HC193 kompatible Zähler-

bausteine zur Verfügung, während im Mode ABZ die

inkrementale Ausgabe als Encoder-Quadratursignal

mit Nullimpuls erfolgt. Nur in diesen beiden Betriebs-

arten sind die Leitungstreiber sowie der Verpolungs-

schutz aktiv.

Zur Konditionierung der Eingangssignale, zur Kalibrie-

rung sowie zum Testen von iC-MQ sind Calibration

und Test Betriebsarten wählbar. Es werden digitale

und analoge Testsignale zur Verfügung gestellt, letz-

tere müssen stets hochohmig gemessen werden.

MODE(3:0) Adr. 0x02; Bit 3:0

Code Betriebsart PA NA PB NB PZ NZ ERR

0x00 Mode ABZ A not(A) B not(B) Z not(Z) ERR

0x0F Mode 191/193 CPD CPU CP nU/D MR nPL ERR

0x01 Calibration 1 TANAZ(2) VREFIZ VREFISC IBN PCH0 NCH0 IERR

0x02 Calibration 2 PCH1 NCH1 PCH2 NCH2 VDC1 VDC2

0x03 Test 3* VPAH VPD — CGUCK IPF V05 IERR

0x04 Test 4* PS_out NS_out PC_out NC_out PZO NZO IERR

0x05 Test 5* PSIN NSIN PCOS NCOS PZO NZO IERR

0x06 Test 6* PCH1I NCH1I PCH2I NCH2I VDC1 VDC2 res.

0x07 Calibration 3 VTs VTth — — VTTFE VTTSE ERR

0x08 Lo-Signal alle Ausgänge sowie SCL, SDA, ERR auf Low

0x09 Hi-Signal alle Ausgänge auf High

0x0A Test 10* TP CLK6 CLK1 CLK3/8 ZIn CLK4

0x0B Systemtest* A4 A8 B4 B8 ZIn TP1 ERR

0x0C Test 12* A not(A) B not(B) Z not(Z) ERR

0x0D — — — — — — — —

0x0E IDDQ Test* alle PU/PD-Widerstände deaktiviert, Oszillator und Analogversorgung deaktiviert

Hinweise *) Testfunktionen für iC-Haus Bausteintest.

Tab. 13: Betriebsarten

Mode ABZ

In der Betriebsart Mode ABZ werden A/B-Signale er-

zeugt und über PA, NA und PB, NB ausgegeben.

Gleichzeitig steht ein frei konfigurierbares Nullsignal

an den Pins PZ und NZ zur Verfügung. Die differen-

tiellen RS422-Leitungstreiber sind aktiv, ein Nx-Pin lie-

fert stets das zum Px-Pin invertierte, komplementäre

Signal.

Mode 191/193

In der Betriebsart Mode 191/193 liefern die Ausgabe-

pins Steuersignale für 74HC191 oder 74HC193 kom-

patible Zählerbausteine, gemäß der folgenden Tabel-

le. Die Treiberfähigkeit (SIK) sowie die Slewrate (SSR)

der Ausgangstreiber müssen so gewählt werden, dass

die Taktpulse mit typisch 50 ns Low-Signal ausgege-

ben werden können (siehe El. Kenndaten 511).

Mode 191/193

Pin Signal Beschreibung

PA CPD Clock Down Pulse

NA CPU Clock Up Pulse

PB CP Clock Pulse

NB nU/D Count Direction (0: up, 1: down)

PZ MR Asynch. Master Reset (active high)

Signal ist ’1’ wenn Nullpos. erreicht, sonst ’0’.

NZ nPL Asynch. Parallel Load Input (active low) /

Reset (active low)

Signal ist ’0’ wenn Nullpos. erreicht, sonst ’1’.

Tab. 14: Betriebsart für 74HC191 oder 74HC193 kom-

patible Zählerbausteine.

Calibration 1, 2, 3

Diese Betriebsarten werden zur Konditionierung der

Eingangssignale und zur Kalibrierung von iC-MQ ver-

wendet. In der Betriebsart Calibration 1 ist der BIAS-

Strom (IBN) messbar und es stehen die analogen Si-

gnale der Nullspur nach dem Signalabgleich zur Ver-

fügung (PCH0, NCH0).

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Ausgabe D3, Seite 18/39

In der Betriebsart Calibration 2 werden die kondi-

tionierten Sinus- und Cosinus-Signale ausgegeben

(PCH1, NCH1, PCH2, NCH2). Zusätzlich steht das

Mittenpotential VDC1 der Abgleichschaltung CH1 und

das Mittenpotential VDC2 der Abgleichschaltung CH2

zur Verfügung (Abgleichbeschreibung siehe Seite 21).

In der Betriebsart Calibration 3 werden die internen Si-

gnale der Temperaturüberwachung zur Verfügung ge-

stellt. Die Kalibrierung der Bias-Stromquelle und der

Temperaturüberwachung ist auf Seite 16, der Abgleich

der Nullspur auf Seite 24 beschrieben.

TEST 6

Die Eingangsspannungen an den Pins X3 bis X6 kön-

nen in der Betriebsart Test 6 überprüft werden. Dazu

sind die folgenden Einstellungen erforderlich:

• GF1 = 0x0

• GF2 = 0x0

• Byte 0x05, Bit 3:0 = ’0000’

• Byte 0x0F, Bit 3 = ’1’

• Byte 0x0F, Bit 4 = ’0’

Systemtest

Diese Betriebsart ermöglicht die Einstellung der Si-

gnalkonditionierung anhand komparierter Sinus- und

Cosinus-Signale. Hierfür erzeugt der Interpolator in der

Auflösung 8 alle 45 Grad einen Schaltpunkt. Das Ka-

librierungsziel ist ein Tastverhältnis von jeweils exakt

50% (für A4, B4 und A8, B8). Für den Systemtest sind

die folgenden Einstellungen erforderlich:

• MODE = 0x0B

• SELRES = 0x1B0

• SELHYS = 0xF

• CFGABZ(7:4) = ’0000’

Systemtest

Pin Signal Beschreibung

PA A4 Offset CH1

NA A8 Phasenabweichung von 90° zwischen

CH1 und CH2

PB B4 Offset CH2

NB B8 Amplitudenabweichung zwischen

CH1 und CH2

PZ ZIn Digitales Nullsignal, unmaskiert

NZ TP1 Prüfung der Impulszahl (Linien) zwischen

zwei Nullsignalen

Lo-Signal: Prüfung aktiv (Zustand nach dem

Einschalten)

Hi-Signal: Prüfung beendet

Die Fehleranzeige an ERR wird erst nach

dem zweiten Nullsignal gültig (Freigabe

erforderlich).

Tab. 15: Digitale Kalibriersignale

Page 19: Mq Datasheet D3de

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Ausgabe D3, Seite 19/39

EINGANGSKONFIGURATION

Alle Eingangsstufen sind als Instrumentenverstärker

ausgeführt und direkt für differenzielle Eingangssigna-

le geeignet. Referenz-bezogene Eingangssignale kön-

nen ebenfalls verarbeitet werden, der Eingang X2 kann

als Referenzeingang geschaltet werden. Die Auswahl

ob Strom- oder Spannungssignale verarbeitet werden

erfolgt mit RIN12 und RIN0.

INMODE Adr 0x03, bit 2

Code Funktion

0 Differenzielle Eingangssignale

1 Single-ended Eingangssignale *

Hinweis * Eingang X2 ist Referenz für alle Eingänge.

Tab. 16: Eingangssignal-Modus

Bild 2: Signalkonditionierung

Stromsignale

Im I-Modus wird an jedem Eingangspin ein Ein-

gangswiderstand Rin() aktiv, der das Stromsi-

gnal in ein Spannungssignal umwandelt. Der Ein-

gangswiderstand Rin() setzt sich aus einem Pin-

Anschlusswiderstand und dem Widerstand Rui() zu-

sammen, der an die einstellbare Vorspannungsquelle

VREFin() geschaltet ist (BIASEX muss auf ’00’ gesetzt

sein). Die nebenstehende Tabelle zeigt die Wahlmög-

lichkeiten; Rin() gibt den typischerweise resultierenden

Eingangswiderstand an (siehe El. Kenndaten für Tole-

ranzangaben). Der Eingangswiderstand sollte so ein-

gestellt werden, dass sich Mittenpotentiale VDC1 und

VDC2 zwischen 125 mV und 250 mV ergeben (prüfbar

im Modus Calibration 2).

Spannungssignale

Im U-Modus ist ein Spannungsteiler optional wähl-

bar, der zu große Eingangsamplituden auf ca. 25 %

reduziert. Die Schaltung entspricht der Widerstands-

kette im I-Modus, deutlich vergrößert wird hier der

Pin-Anschlusswiderstand. 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).

RIN12 Adr 0x0E, bit 3:0

RIN0 Adr 0x13, bit 3:0

Code Nominal Rin() Intern Rui() I/U Mode

–000 1.7 kΩ 1.6 kΩ Stromeingang

–010 2.5 kΩ 2.3 kΩ Stromeingang

–100 3.5 kΩ 3.2 kΩ Stromeingang

–110 4.9 kΩ 4.6 kΩ Stromeingang

1—1 20 kΩ 5 kΩ Spannungsein-

gang

0—1 hochohmig 1 MΩ Spannungsein-

gang

Tab. 17: I/U Modus und Eingangswiderstand

BIAS12 Adr 0x0E, bit 6

BIAS0 Adr 0x13, bit 6

Code VREFin() Sensortyp

0 2.5 V Lowside Stomsenke (I Mode)

1 1.5 V Highside Stromquelle (I Mode)

Hinweis Gültig ausser für BIASEX=11

Tab. 18: Referenzspannung

BIASEX Adr 0x0D, bit 7:6

Code VREFin() Signal an X2

00* 1.5 / 2.5 V

(intern)

Neg. Nullsignal (Index -), Eingang

10 1.5 / 2.5 V

(intern)

Referenzspg. VREFin12, Ausgang

11 extern Spannung an X2 wird zu VREFin

Tab. 19: Eingangsseitige Referenzauswahl

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SIGNALPFAD-MULTIPLEXER

1

X3

X4

VDC2

PCH1o

VREFin0

X1

NCH2i

PCH1i

Calibration

VDC2

MUX_OUT

NCH1i

PCH2i

NS_out

PS_out

0 +PZO

NZO

NCH1o

VREFin12

X5

X6

VDC1

NC_out

VDC1

+

-

+

-MUXIN(1)

MUXIN(0)

INMODE

NCH0oZIN

X2

-

PC_outPCH2o

NCH2o

INVZ1

0

0

MUXIN(1)

-+

0

1

NCH0i

PCH0i PCH0o

MUX_IN

1

Bild 3: Funktionsweise der Multiplexer

An den Pins X1, X2 werden die Signale für den Index-

kanal 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 Bezugssi-

gnal geschaltet wird. Zur Ausgabe erlaubt INVZ nach-

folgend die Invertierung der Signalphase für den Kanal

CH0.

MUXIN Adr 0x03, bit 1:0

Code PCH1i NCH1i PCH2i NCH2i

00 X4 X6 X3 X5

01 nicht erlaubt

10 X4 X5 X3 X6

11 X4 X3 X5 X6

Tab. 20: Eingangsmultiplexer für INMODE = 0

MUXIN Adr 0x03, bit 1:0

Code PCH1i NCH1i PCH2i NCH2i

00 X4 X2 X3 X2

01 nicht erlaubt

10 nicht erlaubt

11 X4 X2 X5 X2

Tab. 21: Eingangsmultiplexer für INMODE = 1

INVZ Adr 0x03, bit 3

Code PZO NZO

0 PCH0o NCH0o

1 NCH0o PCH0o

Tab. 22: Invertierung Nullimpuls

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Ausgabe D3, Seite 21/39

SIGNALKONDITIONIERUNG CH1, CH2

Die für den Abgleich der Sinus-Signale benötigten

analogen Spannungssignale können in der Betriebs-

art Calibration 2 gemessen werden. Alternativ ste-

hen charakteristische digitale Testsignale für Offset-,

Amplituden- und Phasenfehler in der Betriebsart Sys-

temtest zur Verfügung.

Verstärkungseinstellung

Die Verstärkung wird in vier Schritten eingestellt:

1. Die Nachführung der Sensor-Versorgung wird ab-

geschaltet und die Konstantstromquelle für den ACO-

Ausgang auf einen geeigneten Ausgangsstrom einge-

stellt (Register ADJ; Stromwert nahe dem späteren Ar-

beitspunkt).

2. Der grobe Verstärkungsbereich wird ausgewählt,

sodass intern Differenz-Signalamplituden von ca.

1 Vss entstehen (Signal Px gg. Nx, siehe Bild).

3. Anschließend wird über die Feinverstärkung GF2

die CH2-Signalamplitude auf 1 Vss justiert.

4. Danach kann über die Feinverstärkung GF1

die CH1-Signalamplitude an die CH2-Signalamplitude

angepasst werden. Es ergibt sich eine Gesamt-

verstärkung für differentielle Eingangssignale von

GR12 * GFi.

R0

Nx

GND

Px

VNx

VPx VPNx

Bild 4: Definition 1 Vss-Signal. Der Abschluss R0

muss während Test und Calibration Modes

hochohmig sein.

GR12 Adr 0x04, bit 2:0

Code Bereich RIN12=0x9 Bereich RIN12 6=0x9

0x0 0.5 2.0

0x1 1.0 4.1

0x2 1.3 5.3

0x3 1.7 6.7

0x4 2.2 8.7

0x5 2.6 10.5

0x6 3.3 13.2

0x7 4.0 16.0

Tab. 23: Verstärkungsbereich CH1, CH2

GF2 Adr 0x04, bit 7:3

Code Faktor

0x00 1.00

0x01 1.06

... 6.25GF231

0x1F 6.25

Tab. 24: Fein-Verstärkung CH2

GF1 Adr 0x06, bit 2:0, Adr 0x05, bit 7:4

Code Faktor

0x00 1.0

0x01 1.015

... 6.25GF1124

0x7F 6.53

Tab. 25: Fein-Verstärkung CH1

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Ausgabe D3, Seite 22/39

Offsetabgleich

Für den Offsetabgleich ist zuerst mit VOS12 die Be-

zugsquelle auszuwählen. Dafür stehen zwei Festspan-

nungen 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 Enco-

dern bietet iC-MQ 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-Fotoströ-

men automatisch. Für diese Funktion müssen die Mit-

tenpotentiale VDC1 und VDC2 über den wählbaren k-

Faktor auf einen minimalen AC-Anteil eingestellt wer-

den (dieser Abgleich muss wiederholt werden, wenn

die Verstärkungseinstellung geändert wird). Die idea-

le DC-Spannungshöhe von 0.125 bis 0.25 V wird über

den Eingangswiderstand Rui() gewählt.

Die Rückführung der Pin-Spannung V(ACO) erfüllt

die gleiche Aufgabe wie die Quelle VDC, wenn MR-

Brückensensoren über die geregelte Sensor-Strom-

quelle versorgt werden. Die Einstellung der VDC-Quel-

len entfällt in diesem Fall.

VOS12 Adr 0x0E, bit 5:4

Code Quelle

0x0 0.05 · V(ACO)

0x1 0.5 V

0x2 0.25 V

0x3 VDC (VDC1 für CH1, VDC2 für CH2)

Tab. 26: Offsetabgleich Referenzquelle CH1, CH2

VDC1 Adr 0x07, bit 4:0; Adr 0x06, bit 7

VDC2 Adr 0x08, bit 6:1

Code VDC = k · VPi + (1− k ) · VNi

0x00 k = 0.33

0x01 k = 0.335

... k = 0.33 + VDCi · 0.0052

0x3F k = 0.66

Tab. 27: Mittenpotentiale CH1, CH2

Der Offsetabgleich-Bereich für CH1 und CH2 ist ab-

hängig von der gewählten Quelle VOS12 und wird mit

OR1 und OR2 eingestellt. Anschliessend erfolgt die

Kalibrierung für Sinus und Cosinus über die Fakto-

ren OF1 sowie OF2. Das Abgleichziel ist jeweils er-

reicht, wenn der DC-Anteil der Differenzsignale PCHi

gg. NCHi zu Null wird.

OR1 Adr 0x09, bit 0; Adr 0x08, bit 7

OR2 Adr 0x0A, bit 5:4

Code Bereich

0x0 x1

0x1 x2

0x2 x6

0x3 x12

Tab. 28: Offsetabgleich CH1, CH2

OF1 Adr 0xA, bit 3:0; Adr 0x9, bit 7:4

OF2 Adr 0xC, bit 0; Adr 0xB, bit 7:1

Code Faktor Code Faktor

0x00 0 0x80 0

0x01 0.0079 0x81 −0.0079

... 0.0079 · OFi ... −0.0079 · OFi

0x7F 1 0xFF −1

Tab. 29: 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 Kalibrie-

rungen für den Amplitudenausgleich, für die Mittenpo-

tentiale und Offsetspannungen korrigiert werden.

PH12 Adr 0xD, bit 2:0; Adr 0xC, bit 7:5

Code Korrekturwinkel Code Korrekturwinkel

0x00 +0 0x20 −0

0x01 +0.63 0x21 −0.63

... +0.63 · PH12 ... −0.63 · PH12

0x1F +20.2 0x3F −20.2

Tab. 30: Phasenabgleich CH1 gg. CH2

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Ausgabe D3, Seite 23/39

Konditionierungsbeispiele

1. Fotodioden-Array am Stromeingang, LED-Versorgung über Konstantstromquelle

Schritt Betriebsart Kalibrierung und Signal

1. Voreinstellungen

VOS12= 0x3, GF1= 0x40, VDC1= 0x20, OF1= 0x0, GF2= 0x10, VDC2= 0x20, OF2= 0x0

Beispiel: LED-Strom ca. 6.25 mA

ADJ(8)= 1 (Konstantstromquelle), ADJ(6:5)= 11 (Bereich 50 mA), ADJ(4:0)= 0x04 (Wert 12.5)

2. Calibration 2 Kalibrierung Kanal 1:

Parameter GR12: Differenzsignal an PA gg. NA auf ca. 1 Vpp Amplitude

Parameter GF1: Differenzsignal an PA gg. NA auf exakt 1 Vpp Amplitude

Parameter VDC1: AC-Anteil der Spannung VDC1 am Pin PZ minimieren (< 10 mVpeak)

Parameter OR1, OF1: DC-Anteil des Differenzsignals PA gg. NA auf Null einstellen (< 5 mVdc)

3. Calibration 2 Kalibrierung Kanal 2:

Parameter GF2: Differenzsignal an PB gg. NB auf exakt 1 Vpp Amplitude

Parameter VDC2: AC-Anteil der Spannung VDC2 am Pin NZ minimieren (< 10 mVpeak)

Parameter OR2, OF2: DC-Anteil des Differenzsignals PB gg. NB auf Null einstellen (< 5 mVdc)

4. Systemtest 1. Iteration, Kalibrierung Kanal 1 gegen Kanal 2:

Parameter OF1: Tastverhältnis von Signal A4 an PA auf 50 %

Parameter OF2: Tastverhältnis von Signal B4 an PB auf 50 %

Parameter PH12: Tastverhältnis von Signal A8 an NA auf 50 %

Parameter GF1: Tastverhältnis von Signal B8 an NB auf 50 %

5. Calibration 2 Nachkalibrierung der Mittenpotentiale VDC1 und VDC2:

Parameter VDC1: AC-Anteil der Spannung VDC1 am Pin PZ minimieren

Parameter VDC2: AC-Anteil der Spannung VDC2 am Pin NZ minimieren

6. Systemtest 2. Iteration, Kalibrierung Kanal 1 gegen Kanal 2:

Parameter OF1: Tastverhältnis von Signal A4 an PA auf 50 %

Parameter OF2: Tastverhältnis von Signal B4 an PB auf 50 %

Parameter PH12: Tastverhältnis von Signal A8 an NA auf 50 %

Parameter GF1: Tastverhältnis von Signal B8 an NB auf 50 %

Tab. 31: Konditionierungsbeispiel 1

2. Encoder mit 100 mVss am Spannungseingang

Schritt Betriebsart Kalibrierung und Signal

1. Voreinstellungen

VOS12= 0x1, GF1= 0x40, OF1= 0x0, GF2= 0x10, OF2= 0x0

2. Calibration 2 Kalibrierung Kanal 1:

Parameter GR12: Differenzsignal an PA gg. NA auf ca. 1 Vpp Amplitude

Parameter GF1: Differenzsignal an PA gg. NA auf exakt 1 Vpp Amplitude

Parameter OR1, OF1: DC-Anteil des Differenzsignals PA gg. NA auf Null einstellen (< 5 mVdc)

3. Calibration 2 Kalibrierung Kanal 2:

Parameter GF2: Differenzsignal an PB gg. NB auf exakt 1 Vpp Amplitude

Parameter OR2, OF2: DC-Anteil des Differenzsignals PB gg. NB auf Null einstellen (< 5 mVdc)

4. Systemtest Kalibrierung Kanal 1 gegen Kanal 2:

Parameter OF1: Tastverhältnis von Signal A4 an PA auf 50 %

Parameter OF2: Tastverhältnis von Signal B4 an PB auf 50 %

Parameter PH12: Tastverhältnis von Signal A8 an NA auf 50 %

Parameter GF1: Tastverhältnis von Signal B8 an NB auf 50 %

Tab. 32: Konditionierungsbeispiel 2

Page 24: Mq Datasheet D3de

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Ausgabe D3, Seite 24/39

SIGNALKONDITIONIERUNG CH0

Die für den Abgleich der Nullspur benötigten Span-

nungssignale sind in der Betriebsart Calibration 1 ver-

fügbar. Die relative Phasenlage des unverknüpften

Nullsignals Zin im Vergleich zu A und B kann im Sys-

temtest bestimmt werden.

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 ab-

geschaltet und die Konstantstromquelle für den ACO-

Ausgang auf den gleichen Ausgangsstrom eingestellt

wie beim Abgleich von CH1 und CH2 (Register ADJ;

Stromwert nahe dem späteren Arbeitspunkt).

2. Der grobe Verstärkungsbereich wird ausgewählt,

sodass intern eine Differenz-Signalamplitude von ca.

1 Vss entsteht (Signal PCHi gg. NCHi).

3. Anschließend ermöglicht GF0 die Feinjustage auf

1 Vss. Die Gesamtverstärkung ergibt sich aus GR0 x

GF0.

GR0 Adr 0x11, bit 2:0

Code Bereich RIN0 = 0x9 Bereich RIN0 6= 0x9

0x0 0.5 2.0

0x1 1.0 4.1

0x2 1.3 5.3

0x3 1.7 6.7

0x4 2.2 8.7

0x5 2.6 10.5

0x6 3.3 13.2

0x7 4.0 16.0

Tab. 33: Verstärkungsbereich CH0

GF0 Adr 0x11, bit 7:3

Code Faktor

0x00 1.00

0x01 1.06

... 6.25GF031

0x1F 6.25

Tab. 34: Verstärkungsfaktor CH0

Offsetabgleich CH0

Für den Offsetabgleich ist zuerst mit VOS0 die Be-

zugsquelle zu wählen (siehe Offsetabgleich CH1/CH2

für Erläuterungen). Für den CH0 Pfad ist die abhängi-

ge Quelle VDC mit der Quelle VDC1 identisch.

VOS0 Adr 0x13, bit 5:4

Code Quelle

0x0 0.05 · V(ACO)

0x1 0.5 V

0x2 0.25 V

0x3 VDC (entspricht VDC1)

Tab. 35: Offsetabgleich Referenz CH0

OR0 Adr 0x12, bit 1:0

Code Bereich

0x0 x1

0x1 x2

0x2 x6

0x3 x12

Tab. 36: Offsetabgleich Bereich CH0

OF0 Adr 0x12, bit 7:2

Code Faktor Code Faktor

0x00 0 0x20 0

0x01 0.0322 0x21 -0.0322

... 0.0322 · OF0 ... -0.0322 · OF0

0x1F 1 0x3F -1

Tab. 37: Offsetabgleich Faktor CH0

Page 25: Mq Datasheet D3de

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Ausgabe D3, Seite 25/39

SIGNALPEGEL-REGLER und SIGNALÜBERWACHUNG

Durch die geregelte Stromquelle zur Sensorversor-

gung (Pin ACO) kann iC-MQ die Eingangssignale für

den internen Sinus-Digital-Wandler unabhängig von

Temperatur und Alterungseffekten konstant halten, in-

dem die Versorgung des Sensors nachgeführt wird.

Der Arbeitsbereich der Regelung sowie die Amplitude

der Eingangssignale für die Regelung werden über-

wacht und können für Fehlermeldungen freigegeben

werden. Zur Einstellung der Signalkonditionierung ist

für den ACO-Ausgang eine Konstantstromquelle wähl-

bar; der Strombereich für die High-Side-Stromquelle

wird über ADJ(6:5) eingestellt.

Bild 5: Interne Signalpegel-Überwachung und Test-

signale in Betriebsart Calibration 2 (Beispiel

für ADJ(8:0) = 0x19; für Vt()min bzw. Vt()max

siehe Kenndaten-Nr. 605 und 606 )

ADJ (8:7) Adr 0x10, bit 7:6

Code Funktion

00 Sinus/Cosinus-Quadratregelung

01 Summenregelung

10 Konstantstromquelle

11 Nicht zulässig (nur für Bausteintest)

Tab. 38: Betriebsart Signalpegel-Regler

ADJ (6:5) Adr 0x10, bit 5:4

Code Funktion

00 5 mA - Bereich

01 10 mA - Bereich

10 25 mA - Bereich

11 50 mA - Bereich

Tab. 39: Strombereich ACO (für Reglerbetrieb und

Konstantstromquelle)

ADJ (4:0) Adr 0x10, bit 3:0; Adr 0x0F, bit 7

Code Quadratregelung ADJ(8:7) = 00

0x00 Vpp() ca. 300 mV (60 %)

0x01 Vpp() ca. 305 mV (61 %)

... Vpp() ≈ 300 mV 7777−(1.25∗Code)

0x19 Vpp() ca. 500 mV (98 %)

... ...

0x1F Vpp() ca. 600 mV (120 %)

Tab. 40: Interne Sin/Cos-Signalamplitude für Quadrat-

regelung

Im Betrieb mit aktiver Quadratregelung bestimmt

ADJ (4:0) die internen Signalamplituden nach der Be-

ziehung (PCH1-NCH1)² + (PCH2-NCH2)²; diese soll-

ten auf 0.25 Vpk eingestellt werden.

ADJ (4:0) Adr 0x10, bit 3:0; Adr 0x0F, bit 7

Code Summenregelung ADJ(8:7) = 01

0x00 VDC1 + VDC2 ca. 245 mV

0x01 VDC1 + VDC2 ca. 249 mV

... VDC1 + VDC2 ≈ 245mV 7777−(1.25∗Code)

0x1F VDC1 + VDC2 ca. 490 mV

Tab. 41: DC-Sollwert für Summenregelung

ADJ (4:0) Adr 0x10, bit 3:0; Adr 0x0F, bit 7

Code Konstantstromquelle ADJ(8:7) = 10

0x00 I(ACO) ca. 3.125% Isc(ACO)

0x01 I(ACO) ca. 6.25% Isc(ACO)

... I(ACO) ≈ 3.125% ∗ (Code + 1) ∗ Isc(ACO)

0x1F I(ACO) ca. 100% Isc(ACO)

Hinweise Isc(ACO) siehe Kenndaten-Nr. 602

Tab. 42: I(ACO) mit Konstantstromquelle

Page 26: Mq Datasheet D3de

iC-MQ PROGRAMMIERBARER 9-BIT

Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER

Ausgabe D3, Seite 26/39

SINUS-DIGITAL-WANDLUNG

SELRES Adr 0x1C, bit 6:0; Adr 0x1B, bit 7:0

Wert STEP

Winkelschritte

pro Periode

IPF

Interpolations-

faktor

fin()max

Zulässige Ein-

gangsfrequenz

(MTD=0x8)

0x00E0 4 1 200 kHz

0x01B0 8 2 200 kHz

0x02A0 12 3 200 kHz

0x0398 16 4 200 kHz

0x0414 20 5 200 kHz

0x0590 24 6 166 kHz

0x078C 32 8 125 kHz

0x090A 40 10 100 kHz

0x0B88 48 12 83 kHz

0x0F86 64 16 62.5 kHz

0x1305 80 20 50 kHz

0x1784 96 24 40 kHz

0x1804 100 25 40 kHz

0x1F83 128 32 30 kHz

0x2F82 192 48 20 kHz

0x3102 200 50 20 kHz

0x5F81 384 96 10 kHz

0x6301 400 100 10 kHz

Tab. 43: Wandlerauflösung

Die Wandlerauflösung von iC-MQ ist mit SELRES ein-

stellbar. Für eine Auflösung von 4 werden vier Flan-

ken pro Eingangssignalperiode erzeugt, so dass die

Schaltfrequenz am A- und B-Ausgang der Sinusfre-

quenz am Eingang entspricht.

Die programmierbare Wandlerhysterese wird durch

SELHYS bestimmt. Sie wird in Vielfachen der Inkre-

mentgröße eingestellt und darf maximal 45° der Ein-

gangssignalperiode betragen.

SELHYS Adr 0x1D, bit 3:0

Code Funktion

0x0 Näherungsweise keine Hysterese

0x1 1 Inkrement (≈ 0.9°)

0x2 2 Inkremente (≈ 1.8°)

0x3-0xD 3-13 Inkremente (≈ 2.7°-11.7°)

0xE SELRES(6:1) Inkremente (0.5 LSB)

0xF* SELRES(6:0) Inkremente

Hinweise *) Nicht zulässig für SELRES = 0x00E0

Tab. 44: Kodierung der Wandlerhysterese

Page 27: Mq Datasheet D3de

iC-MQ PROGRAMMIERBARER 9-BIT

Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER

Ausgabe D3, Seite 27/39

AUSGANGSEINSTELLUNGEN UND NULLSIGNAL

Der eingestellte Interpolationsfaktor IPF bestimmt die

Anzahl der intern erzeugten A/B-Signalperioden, die

zur Positionierung des Nullimpulses über POS mit-

gezählt werden. Beim Sin/Cos-Phasenwinkel von Null

Grad beginnt die A/B-Periodenzählung bei POS= 0,

die höchste Periodenzahl ist mit POSmax= IPF-1 er-

reicht. Dabei nimmt die interne A/B-Signalperiode den

folgenden Verlauf:

A 1 1 0 0

B 1 0 0 1

Tab. 45: Interne A/B-Signalperiode

Für die Ausgabe der A/B/Z-Signale sind Invertierun-

gen und Vertauschungen wählbar, sowie eine beliebi-

ge logische Verknüpfung für die Ausgabe des Nullsi-

gnals. Die Ausgabelogik fasst der Parameter CFGABZ

gemäß der folgenden Tabelle zusammen.

CFGABZ Adr 0x19, bit 7:0

Bit Funktion und Beschreibung

7 Ausgangsinvertierung A-Kanal: PA<>NA

PA = P1i xor CFGABZ(7)

6 Ausgansgsinvertierung B-Kanal: PB<>NB

PB = P2i xor CFGABZ(6)

5 Ausgangsinvertierung Nullsignal: PZ<>NZ

PZ = P0i xor CFGABZ(5)

4 Vertauschung der A/B-Signalzuordnung

0: P1i = A, P2i = B

1: P1i = B, P2i = A

Nullsignal-Logik CFGABZ(3:0)

3 Freigabe für A = 1, B = 1

2 Freigabe für A = 1, B = 0

1 Freigabe für A = 0, B = 0

0 Freigabe für A = 0, B = 1

Tab. 46: Ausgabelogik

Bild 6: Signalpfad von A und B zu PA/NA und PB/NB

Nullsignal-Erzeugung

Die Erzeugung des Nullsignals ist abhängig vom in-

ternen Freigabesignal ZIn, das durch Komparation der

aufbereiteten X1- und X2-Eingangssignale entsteht.

Die Offset-Kalibrierung von CH0 beinflusst die Breite

des Freigabesignals, sodass vor der Einstellung der

Nullsignal-Logik die korrekte Lage von ZIn überprüft

werden sollte. Dies ist im Mode ABZ am Fehlersignal-

ausgang (Pin ERR) möglich (erforderliche Einstellun-

gen: EMASKA= 0x010, EMTD=0x0).

Bild 7: Signalpfad von ZIn zu PZ/NZ

Die Positionierung des Nullsignals durch CFGZPOS

erfolgt relativ zur internen A/B-Periodenzahl POS. Es

muss eine Periode ausgewählt werden, die möglichst

mittig vom Freigabesignal ZIn überdeckt wird. Für Pe-

riodenzahlen die aufgrund eines kleineren Interpolati-

onsfaktors nicht erreicht werden können, entsteht kein

Nullsignal.

CFGZPOS Adr 0x1A, bit 7:0

Bit Beschreibung

7 Maskierungsfreigabe

(Nullsignal-Position durch POS bestimmt)

(6:0) POS = A/B-Signalperiode

(Freigabe der Nullsignalausgabe)

Tab. 47: Nullsignal-Positionierung

ENZFF Adr 0x02, bit 4

Bit Beschreibung

0 Nullsignal-Ausgabe mit Zustandswechsel von P0i

1 Nullsignal-Ausgabe synchron mit A/B-Signal

Tab. 48: Nullsignal-Synchronisation

Page 28: Mq Datasheet D3de

iC-MQ PROGRAMMIERBARER 9-BIT

Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER

Ausgabe D3, Seite 28/39

Funktion der CFGABZ-Einstellung

Bild 8: Funktion der Nullsignal-Logik CFGABZ(3:0)

(Beispiel für CFGZPOS(7)=1, CFGZ-

POS(6:0)=0x6)

Einstellungsbeispiel 1

Inkrementale ABZ-Ausgabe mit Nullsignal 180°, syn-

chron zum A-Signal an PA:

CFGABZ = "0000 1100"

Einstellungsbeispiel 2

Inkrementale ABZ-Ausgabe mit Nullsignal 270°, der

extern auf einen 90° Nullimpuls für PA = 1 und PB =

1 synchronisiert werden kann:

CFGABZ = "1100 0111"

Bild 9: Funktion von CFGABZ(4)

Bild 10: Funktion von CFGABZ(7)

Page 29: Mq Datasheet D3de

iC-MQ PROGRAMMIERBARER 9-BIT

Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER

Ausgabe D3, Seite 29/39

Konfiguration der Ausgangstreiber

Die Ausgangstreiber können als Push-Pull, Low- oder

High-Side Treiber genutzt werden; die Betriebsart be-

stimmt TRIHL(1:0).

Um steile Flanken bei der Übertragung über kurze Ka-

bel zu vermeiden, ist die Slew-Rate über SSR an die

Leitungslänge anpassbar. Daraus kann sich eine Be-

grenzung der maximal zulässigen Ausgangsfrequenz

ergeben, wenn gleichzeitig die RS422-Spezifikation

einzuhalten ist (zum Beispiel auf 300 kHz bei einer

Slew-Rate von 300 ns; die Toleranzangaben der Kenn-

daten 506/507 sind zu beachten).

Der Kurzschlussstrom der Treiberausgänge ist mit

SIK einstellbar und kann minimiert werden, wenn Lo-

gik oder ein externer 24 V-Leitungstreiber angesteuert

wird. Werden die Ausgänge als 5 V-Treiber mit RS422-

Kompatibilität verwendet, empfiehlt sich SIK = 11 um

die Verlustleistung von iC-MQ gering zu halten.

TRIHL Adr 0x1E, bit 1:0

Code Funktion

00 Push-Pull Betrieb

01 High-Side Treiber aktiv (Open Drain P-Kanal)

10 Low-Side Treiber aktiv (Open Drain N-Kanal)

11 nicht zulässig

Tab. 49: Betriebsart der Ausgangstreiber

SSR Adr 0x1E, bit 3:2

Code Funktion

00 Nominal-Wert 12 ns

01 Nominal-Wert 25 ns

10 Nominal-Wert 80 ns

11 Nominal-Wert 220 ns

Hinweis Siehe Kenndaten 506/507

Tab. 50: Ausgangs-Slew-Rate

SIK Adr 0x1E, bit 5:4

Code Funktion

00 typ. 2 mA, zur Ansteuerung nachfolgender

Treiberbausteine

01 typ. 8 mA

10 typ. 40 mA

11 typ. 100 mA, für RS422 empfohlen

Hinweis Siehe Kenndaten 503/504

Tab. 51: Kurzschlussstrom

Mindestflankenabstand

Der Mindestflankenabstand für die A/B/Z- und

CPD/CPU/CP-Ausgangssignale kann mit MTD(3:0)

vorgewählt werden. Diese Einstellung begrenzt die

maximal mögliche Ausgabefrequenz zur sicheren

Übertragung an Zähler, die keine Störimpulse ent-

prellen können oder nur niedrige Eingangsfrequenzen

zulassen.

Zur Vorwahl des Mindestflankenabstands ist die Kon-

figuration der RS422-Ausgangstreiber (bzgl. Treiber-

strom, Slew-Rate) sowie die verwendete Kabellänge

zu beachten.

MTD Adr 0x1D, bit 7:4

Code Mode ABZ : tMTD Mode 191/193: tclk()lo

0x0 220 ns 110 ns

0x1 410 ns 205 ns

0x2 600 ns 300 ns

0x3 800 ns 400 ns

0x4 1.0 µs 500 ns

0x5 1.2 µs 600 ns

0x6 1.4 µs 700 ns

0x7 1.6 µs 800 ns

0x8 220 ns 50 ns

0x9 410 ns 50 ns

0xA 600 ns 50 ns

0xB 800 ns 50 ns

0xC 1.0 µs 50 ns

0xD 1.2 µs 50 ns

0xE 1.4 µs 50 ns

0xF 1.6 µs 50 ns

Hinweis Die Zeitangaben sind Nominalwerte, siehe

Kenndaten Nr. 515 für Toleranzangaben.

Tab. 52: Mindestflankenabstand

Page 30: Mq Datasheet D3de

iC-MQ PROGRAMMIERBARER 9-BIT

Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER

Ausgabe D3, Seite 30/39

FEHLERÜBERWACHUNG UND ALARMAUSGABE

iC-MQ überwacht die Eingangssignale, den internen

Interpolator sowie die geregelte Sensor-Versorgung,

über die die Eingangsignalpegel stabilisiert werden.

Erreicht die Nachführung der Sensorversorgung Aus-

steuerungsgrenzen, kann dies z.B. als End-of-Life Mel-

dung interpretiert werden.

Drei separate Fehlermasken legen fest, ob Fehlerer-

eignisse als Alarm über den strombegrenzten Open-

Drain I/O-Pin ERR angezeigt werden (Maske EMAS-

KA), zur Abschaltung der RS422-Ausgangstreiber füh-

ren (Maske EMASKO), oder im EEPROM protokolliert

werden (Maske EMASKE).

Für den I/O-Pin ERR sind die Logik der Anzeige (über

EPH) sowie die minimale Meldezeit (über EMTD) ein-

stellbar; eine interne Pull-Up Stromquelle ist zuschalt-

bar (über EPU). Gleichzeitig besitzt Pin ERR eine

Eingangsfunktion zur Umschaltung von iC-MQ in den

Testmodus (siehe Seite 33), sowie zur Entgegennah-

me einer Systemfehlermeldung im Normalbetrieb (nur

für EPH = 0).

EPH Adr 0x15, bit 2

Code Pin-Logik

0 Low bei Fehler (sonst Z)

1 Z bei Fehler (sonst low)

Tab. 53: Alarm Ein-/Ausgabe-Logik

EMTD Adr 0x15, bit 5:3

Code Anzeigedauer Code Anzeigedauer

0x0 0 ms 0x4 50 ms

0x1 12.5 ms 0x5 62.5 ms

0x2 25 ms 0x6 75 ms

0x3 37.5 ms 0x7 87.5 ms

Tab. 54: Minimale Alarmanzeigedauer

EPU Adr 0x17, bit 2

Code Funktion

0 Kein Pull-Up

1 Interne 300 µA Pull-Up Stromquelle aktiv

Tab. 55: Pull-Up-Freigabe für Alarmausgang ERR

PDMODE Adr 0x18, bit 6

Code Funktion

0 Leitungstreiber aktiv sofern kein Fehler besteht

1 Leitungstreiber aktiv nur nach Aus-/Einschalten

Tab. 56: Treiberaktivierung

EMASKA Adr 0x15, bit 1:0; Adr 0x14, bit 7:0

Bit Fehlerereignis

9 Strichzahlfehler (falsche Anzahl von

Sinus-Perioden zwischen zwei Nullimpulsen)

8 Temporärer Nachlauffehler (Out-Of-Sync:

Ausgabeposition und Sollwert stimmen nicht

überein, z.B. nach dem Einschalten)

7 Nachlauffehler (zu hohe Eingangsfrequenz)

6 Konfigurationsfehler*

(SDA- oder SCL-Pin-Fehler, kein Ack-Signal vom

EEPROM oder ungültige Prüfsumme)

5 Übertemperatur-Warnung

4 Nullsignal-Freigabe ZIn

(komparierte X1- und X2-Eingänge als Testsignal

zur Einstellung von CFGABZ und CFGZPOS)

3 Regelungsfehler 2: Bereich Maximum erreicht

2 Regelungsfehler 1: Bereich Minimum erreicht

1 Signalfehler 2: Übersteuerung

0 Signalfehler 1: Signalverlust (zu kleine Amplitude

oder falsche Sin/Cos-Phase)

Code Funktion

1 Freigabe: Ereignis wird angezeigt

0 Sperre: Ereignis wird nicht angezeigt

Hinweise *) Die Leitungstreiber bleiben nach dem

Einschalten hochohmig (Tri-State).

Tab. 57: Fehlermaske für Alarmanzeige an ERR

EMASKO Adr 0x17, bit 1:0; Adr 0x16, bit 7:0

Bit Fehlerereignis

9 Strichzahlfehler (falsche Anzahl von

Sinus-Perioden zwischen zwei Nullimpulsen)

8 Temporärer Nachlauffehler (Out-Of-Sync:

Ausgabeposition und Sollwert stimmen nicht

überein, z.B. nach dem Einschalten)

7 Nachlauffehler (zu hohe Eingangsfrequenz)

6 Konfigurationsfehler* (ROM-Bit mit Festwert = 1):

SDA- oder SCL-Pin-Fehler, kein Ack-Signal vom

EEPROM oder ungültige Prüfsumme

5 Übertemperatur-Warnung

4 Systemfehler:

I/O-Pin ERR liest externes Low-Signal (nur zulässig

für EPH = 0)

3 Regelungsfehler 2: Bereich Maximum erreicht

2 Regelungsfehler 1: Bereich Minimum erreicht

1 Signalfehler 2: Übersteuerung

0 Signalfehler 1: Signalverlust (zu kleine Amplitude

oder falsche Sin/Cos-Phase)

Code Funktion

1 Freigabe: Ereignis schaltet Tri-State

0 Sperre: Ereignis ohne Auswirkung

Hinweise *) Die Leitungstreiber bleiben nach dem

Einschalten hochohmig (Tri-State).

Tab. 58: Fehlermaske für Treiberabschaltung

Page 31: Mq Datasheet D3de

iC-MQ PROGRAMMIERBARER 9-BIT

Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER

Ausgabe D3, Seite 31/39

Fehlerprotokoll

Von den mit EMASKE freigegeben Fehlermeldungen

wird sowohl der erste Fehler (unter ERR1), als auch

der letzte Fehler (unter ERR2) im EEPROM gespei-

chert, der nach der Inbetriebnahme von iC-MQ auftritt.

Ebenso enthält das EEPROM eine Speicherstelle, in

der von diesen Fehlern alle jemals aufgetretenen ge-

speichert werden können (ERR3). Gespeichert wer-

den kann nur dass der Fehler auftrat, jedoch nicht

wann oder wie oft. Die Fehlersicherung dient z.B. der

statistischen Auswertung von Ausfallursachen.

EMASKE Adr 0x18, bit 5:0; Adr 0x17, bit 7:4

Bit Fehlerereignis

9 Strichzahlfehler (falsche Anzahl von

Sinus-Perioden (zwischen zwei Nullimpulsen)

8 —

7 Nachlauffehler (zu hohe Eingangsfrequenz)

6 —

5 Übertemperatur-Warnung

4 Systemfehler

(nur zulässig für EPH = 0: I/O-Pin ERR liest

externes Low-Signal)

3 Regelungsfehler 2: Bereich Maximum erreicht

2 Regelungsfehler 1: Bereich Minimum erreicht

1 Signalfehler 2: Übersteuerung

0 Signalfehler 1: Signalverlust (Amplitude zu klein

oder falsche Sin/Cos-Phase)

Code Funktion

1 Freigabe: Ereignis wird gespeichert

0 Sperre: Ereignis wird nicht gespeichert

Tab. 59: Fehlermaske für Sicherung im EEPROM

ERR1 Adr 0x31, Bit 1:0; Adr 0x30, Bit 7:0

ERR2 Adr 0x32, Bit 3:0; Adr 0x31, Bit 7:2

ERR3 Adr 0x33, Bit 5:0; Adr 0x32, Bit 7:4

Bit Fehler-Ereignis

6:0 Zuordnung siehe EMASKE

Code Funktion

0 Kein Ereignis

1 Registriertes Fehler-Ereignis

Tab. 60: Fehler-Protokoll

Strichzahlfehler

Der Strichzahlfehler ist speziell für Drehgeber-

Systeme interessant. Die Überprüfung beginnt mit je-

dem Nullimpuls neu und zählt die Sinus-Perioden bis

zum nächsten Nullimpuls; bei Änderung der Drehrich-

tung wird die Überprüfung abgebochen.

Unter LINECNT wird nachfolgend die Strichzahl weni-

ger 1 gespeichert, d. h. für eine Codescheibe mit 256

Strichen speichert LINECNT den Wert 255. Stimmt

die gezählte Strichzahl nicht mit der bereits unter LI-

NECNT gespeicherten Zahl überein, wird der Strich-

zahlfehler gesetzt. In der Betriebart Systemtest meldet

das Signal TP1, wenn die Strichzahlprüfung erstmalig

beendet wurde.

Temperatur-Überwachung

Beim Überschreiten der Temperatur-Warnschwelle

wird eine Übertemperaturmeldung generiert, die im

Block Fehlerüberwachung verarbeitet wird (Tw ent-

spricht T2).

Das Überschreiten der Temperatur-Warnschwelle

kann über Pin ERR gemeldet werden oder zum Ab-

schalten der Leitungstreiber verwendet werden (über

die Fehlermaske EMASKO). Die Temperatur-Warnung

wird gelöscht, wenn die Temperatur unter Tw -Thys

sinkt.

Beim Überschreiten der Temperatur-Abschaltschwelle

Toff = Tw + ∆ T werden die Leitungstreiber unabhän-

gig von EMASKO abgeschaltet.

Page 32: Mq Datasheet D3de

iC-MQ PROGRAMMIERBARER 9-BIT

Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER

Ausgabe D3, Seite 32/39

VERPOLUNGSSCHUTZ

iC-MQ ist gegen eine Verpolung der Versorgungsspan-

nung geschützt und hat kurzschlussfeste, fehlertole-

rante Leitungstreiber. Ein defektes Anschlusskabel der

Baugruppe oder ein falsch angeschlossenes Kabel

toleriert iC-MQ. Ebenfalls geschützt sind alle Schal-

tungsteile, die über VDDS und GNDS die überwachte

Versorgungsspannung erhalten.

Der Verpolungsschutz ist für alle folgenden Pins gege-

ben: PA, NA, PB, NB, PZ, NZ, ERR, VDD, GND, ACO.

Randbedingungen: GNDS darf nur Lastströme aus

VDDS erhalten. Die maximale Spannungsdifferenz

zwischen GNDS und einem anderen Pin darf 6 V nicht

überschreiten - wobei Pin ERR in dieser Betrachtung

ausgenommen ist (siehe Testmodus auf S. 33).

Page 33: Mq Datasheet D3de

iC-MQ PROGRAMMIERBARER 9-BIT

Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER

Ausgabe D3, Seite 33/39

TESTMODUS

iC-MQ wechselt in den Testmodus, wenn am Pin ERR

eine Spannung größer als VTMon angelegt wird (Vor-

aussetzung: EMODE(0) = 1). Daraufhin sendet iC-MQ

seine Setup-Einstellung als Strom-modulierte Daten

über den Fehlersignal-I/O-Pin ERR, entweder direkt

aus dem RAM (für EMODE2 = 1), oder nach erneutem

Einlesen des EEPROMs (für EMODE2 = 0). Sinkt die

Spannung am ERR-Pin unter VTMoff wird der Testmo-

dus 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 Kenndatennum-

mer B12 für Taktfrequenz und Toleranzangaben).

Die Ausgabe erfolgt in Manchester-Codierung über

zwei Takte pro Bit. Dazu wechselt die Low-Side-

Stromquelle 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 EEPROM-

Zugriff über die I2C-Schnittstelle).

Beispiel: Byte-Wert = 1000 1010

Mit Startbit wird übertragen: 1 1000 1010

In Manchester-Kodierung: LZ LZZL ZLZL LZZL LZZL

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

EMODE Adr 0x15, bit 7:6

Code Funktion im Testmodus Funktion nach

Beendigung des

Testmodus

00 Normalbetrieb

(unterbrechungsfrei)

Normalbetrieb

(unterbrechungsfrei)

01 Übertragung von Fehler-

und OEM-Daten*

Erneutes Auslesen des

EEPROMS

10 Normalbetrieb

(unterbrechungsfrei)

Erneutes Auslesen des

EEPROMS

11 Übertragen des

EEPROM-Inhalts

(0x0-0x7F)

Erneutes Auslesen des

EEPROMS

Hinweis *) Wählbare Adressbereiche:

EMODE2 = 0: Adressen 0x24 bis 0x7F

EMODE2 = 1: Adressen 0x3B bis 0x43

Tab. 61: Testmodus

EMODE2 Adr 0x18, bit 7

Code Registerauswahl Adressbereich für

EMODE = 01

0 EEPROM: externe

Konfigurationdaten

lesen und senden

(DEVID ist die

Bausteinadresse)

Adressbereich

0x24-0x7F

1 RAM: interne

Konfigurationsdaten

senden (ENSL = 1)

Adressbereich

0x3B-0x43

Tab. 62: Register- und Adressauswahl für Testmodus

DATA_ON

AD8029U22-S

-M21

100nF

LM393

8

R27

dra_mq1d_error_schem

-NDIS

6

max. 5V

2

GND

+

U22-A

C25

365k

+7

LM393

2K

8

U23-B

3

100nF

R22

2N7002

C21

LM393

U21LM285

R2851k

5

76

100nF

R23

AD8029

VP

C23

470

4

LL4148

5

C24M22IRLML6401

-

VP

100pF

VP

U23-ALM393

C22100nF

R28

U23-S

R27

R25

100k

R252k

100nFC26

VP

ERRJP4

C26

M212N7002

VDD

VDD

DATA_ON

2K

LM393U23-B

100k

R26

M22

LM285

2

LM393

C23

100k

R22365k

AD8029

U22-A

C24

VP

VP

475kR21

1

U22-SAD8029

U21

51k

100nF

D21

U23-S

+

VP8

R24

4

DATA_OUT

100nFC21

JP4

470

R24

R21475k

LL4148D21

100pF

C25100nF

2k

IRLML6401

VN

R26

100kR23

3

U23-A 100nF

VP

4

DATA_OUT

100nFC22

Bild 11: Schaltungsbeispiel zur Dekodierung und

Umsetzung der Stromsignale in Logikpegel.

Page 34: Mq Datasheet D3de

iC-MQ PROGRAMMIERBARER 9-BIT

Sin/Cos-INTERPOLATOR MIT RS422 TREIBER

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Schnelle Umprogrammierung im

Single-Master-System

Für den Signalabgleich ist eine schnelle Umprogram-

mierung von iC-MQ möglich. Wird der Testmodus ver-

lassen und ist EMODE 6= 00, liest iC-MQ die Kon-

figurationsdaten erneut ein. Anstelle des Standard-

EEPROMs (DEVID 0x50) kann nun ein EEPROM mit

einer anderen Bausteinadresse eingelesen werden,

die unter DEVID (Adr 0x00; Bit 6:0) hinterlegt werden

kann.

In den Betriebsarten Mode ABZ, Systemtest und Mo-

de 191/193 wird der EEPROM-Inhalt vollständig gele-

sen. Für andere Betriebsarten ist der Adressbereich

auf 0x0-0x31 eingeschränkt, sodass sich die Konfigu-

rationszeit zur Kalibierung oder den IC-Test verkürzt.

Wird während des Einlesens in den Testmodus ge-

wechselt, wird das Einlesen abgebrochen und erst

nach Beendigung des Testmodus wiederholt.

Schnelle Umprogrammierung im

Multi-Master-System

Die schnelle, byteweise Programmierung von iC-MQ

ist mit einem multi-master-fähigen Programmiergerät

möglich. Dazu muss der integrierte I2C-Slave-Mode

über ENSL freigegeben werden und iC-MQ reagiert

nachfolgend auf die Device-ID 0x55.

Ist kein EEPROM angeschlossen, setzt iC-MQ die

I2C-Slave-Mode Freigabe automatisch (nach maximal

150 ms, siehe Kenndaten D11) und deaktiviert den Di-

gitalteil (gesetzt werden ENSL = 1 und END = 0 ). Es

können beliebig viele Bytes auf einmal geschrieben

werden, die empfangenen Daten werden direkt in die

RAM-Register übernommen. Zu beachten sind die in

nebenstehender Tabelle genannten Bedingungen. Im

Anschluss an die Programmierung muss END = 1 ge-

setzt werden, für einen Neuanlauf des Sinus-Digital-

Wandlung im gewählten Betriebsmodus.

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APPLIKATIONSBEISPIELE

Bild 12 zeigt das Schaltbild eines optischen Enco-

ders mit inkrementaler Ausgabe der Quadratursigna-

le als RS422-kompatible Differenzsignale, die steue-

rungsseitig mit 100 Ω abgeschlossen werden können.

Der magnetische Encoder nach Bild 13 verwendet

alternativ magneto-resistive Sensorbrücken. Ein ex-

terner Überspannungsschutz kann zum Beispiel aus

TVS-Dioden zuzüglich einer PolyFuse-Sicherung in

der VDD-Zuleitung bestehen.

Disc

iC-LSHB

iC-MQ

Bild 12: Applikationsbeispiel optischer Encoder mit Überspannungsschutz

iC-MQ

Bild 13: Applikationsbeispiel magnetischer Encoder

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Für den Betrieb von iC-MQ in 24 V-Systemen, be-

ziehungsweise an Versorgungsspannungen von 5 bis

30 V, kann iC-DL als Leitungstreiber mit integrierter

Kabelanpassung kombiniert werden (Bild 14).

Eine reduzierte Treiberfähigkeit von iC-MQ ist zur An-

steuerung von iC-DL ausreichend (SIK = 00), sodass

sich der Strombedarf auf 5 V-Seite verringert. Wird ein

LDO-Spannungsregler gewählt, ist die Schaltung ohne

Bestückungsänderungen für eine durchgängige Ver-

sorgung von 4.5 V bis 30 V geeignet.

Die Verdrahtung des Fehlermeldeausgangs von iC-DL

(Pin NER) zur Steuerung kann entfallen, bei entspre-

chender Einstellung der iC-MQ Fehlermaske für die

Ausgangsabschaltung (EMASKO). Im Fehlerfall sor-

gen dann die Pull-Down-Stromquellen an den Ein-

gängen von iC-DL für ein Low-Signal auf allen Lei-

tungen, was die Steuerung als Fehlerfall erkennt.

Bei einer ausgangsseitigen Überlastung sorgt iC-DL

selbst durch seine Temperaturschutzschaltung für die

Abschaltung der Treiberausgänge (Tristate), was die

Steuerung ebenfalls als Fehlerfall erkennt. Zusätzlich

kann iC-MQ den Überlastungsfall als Systemfehler in

den Fehlerspeicher übertragen, wenn eine Rückmel-

dung an den bidirektionalen I/O-Pin ERR erfolgt (wie

gezeigt).

iC-MQiC-DL

Bild 14: Applikationsbeispiel mit 24 V-Leitungstreiber

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APPLIKATIONSHINWEISE

In-Circuit Programmierung des EEPROMs

Es kann ungestört auf das EEPROM zugegriffen wer-

den, wenn die Versorgungsspannung von iC-MQ unter

der Abschaltschwelle VDDoff gehalten wird. Dafür ist

ein EEPROM erforderlich, das ab einer Betriebspan-

nung von 2.5 V funktioniert. Sind jedoch 3.3 V zum

Betrieb des EEPROMs erforderlich, kann die Versor-

gungsspannung von iC-MQ bis maximal zur Einschalt-

schwelle VDDon erhöht werden, was ohne ein Über-

schwingen erfolgen muss.

Die von den Pins VDDS und GNDS zur Verfügung

gestellte Versorgungspannung kann zur Versorgung

des EEPROMs genutzt werden; die Abschaltung er-

folgt nur im Verpolungsfall. Zu beachten ist der lastab-

hängige Spannungsabfall an beiden Schaltern, siehe

Vs(VDDS) und Vs(GNDS) in den Elektrischen Kenn-

daten C01, C02.

Absolute Winkelgenauigkeit und Flankenjitter

Die exakte Einstellung der Signalkonditionierung zur

Korrektur der analogen Eingangssignale ist entschei-

dend für das Interpolationsergebnis - der erhaltene ab-

solute Winkelfehler bestimmt den minimal vorhande-

nen Signaljitter. Dabei ist der Einfluss auf den Flanken-

abstand der A/B-Ausgangssignale nicht immer gleich

groß, sondern vom absoluten Phasenwinkel der Ein-

gangssignale abhängig. Die folgenden Erläuterungen

geben ein Beispiel für einen Interpolationsfaktor von

100, beziehungsweise 400 Flanken pro Sinus-Periode.

Der Offsetfehler im Cosinus-Signal wirkt sich bei 90°

und 270° am stärksten auf den absoluten Winkel-

fehler aus, bei 0° und 180° jedoch am stärksten

auf den Flankenabstand. Mit einer Bereichseinstellung

von OR1 = OR2 = 00 und VOSSC = 01 kann der Offset-

fehler mit einer Schrittweite von 3.9 mV abgeglichen

werden. Würde der Offset um einen Schritt (1 LSB)

fehlabgeglichen, ergäbe sich eine Vergrößerung des

absoluten Winkelfehlers um etwa 0.45° und eine Varia-

tion des Flankenabstands um etwa +/- 0,8 %. Für das

Sinus-Signal gilt ähnliches, nur die Maxima wären um

90° verschoben.

Ein Amplitudenfehler wirkt sich bei 45°, 135°, 225°

und 315° am stärksten auf den absoluten Winkelfeh-

ler aus, die größte Veränderung des Flankenabstands

ist bei 0°, 90°, 180° und 270° zu finden. iC-MQ kann

das Amplitudenverhältnis in Schritten von 1.5 % aus-

gleichen, sodass ein Fehlabgleich um 1 LSB den ab-

soluten Winkelfehler um etwa 0.42° vergößern würde.

Für den Flankenabstand wäre mit einer Variation von

+/- 1.5 % zu rechnen.

Ein Phasenfehler zwischen dem Sinus- und Cosinus-

Signal (die Abweichung der Phasenverschiebung von

ideal 90 Grad) wirkt sich bei 0°, 90°, 180° und 270°

am stärksten auf den absoluten Winkelfehler aus. Der

größte Einfluss auf den Flankenabstand ergibt sich bei

45°, 135°, 225° und 315°. Die Phasenkorrektur von

iC-MQ erlaubt eine Schrittweite von 0.64°, sodass ein

Fehlabgleich um 1 LSB den absoluten Winkelfehler um

etwa 0.64° vergößern würde. Die Variation im Flanken-

abstand würde etwa +/- 1.1 % betragen.

Für eine perfekt durchgeführte Signalkonditionierung

kann jeweils ein halber Abgleichschritt als Restfehler

angenommen werden. Damit würde iC-MQ, theore-

tisch, eine absolute Winkelgenauigkeit von ca. 0.5° mit

einer Variation des Flankenabstands von ca. +/- 1.5 %

erreichen. Zusätzlich müssen jedoch Linearitätsfehler

des Interpolators berücksichtigt werden, die den ab-

soluten Winkelfehler um ca. 0.12° vergrößern - und

die Variation des Flankenabstands um 0.4 %. Somit er-

reicht iC-MQ mit idealen, quasi statischen Eingangssi-

gnalen eine absolute Winkelgenauigkeit von 0.62° und

eine Variation des Flankenabstands von unter 2 %.

Hinweise zum Demo-Board

Im Auslieferungszustand erwartet das Demo-Board

EVAL MQ1D an den Eingängen X3 bis X6 differenti-

elle Sin/Cos-Signale mit einer Amplitude von 125 mV,

d.h.

V (X4) = 2.5 V + 0.125 Vsin(ϕt)

V (X3) = 2.5 V − 0.125 Vsin(ϕt)

V (X5) = 2.5 V + 0.125 Vsin(90 + ϕt)

V (X6) = 2.5 V − 0.125 Vsin(90 + ϕt)

Die Ausgänge PA, NA, PB und NB liefern ein

differentielles AB-Signal mit einer Winkelauflösung

von 4 (Interpolationsfaktor 1). Wenn hohe Sinus-

Eingangsfrequenzen angelegt werden oder die Auflö-

sung erhöht wird, müssen der Mindestflankenabstand

(MTD), die Kurzschlussstrombegrenzung (SIK) und

die Treiber-Slewrate (SSR) den Anforderungen ange-

passt werden. Beispielsweise ist ein Mindestflanken-

abstand von MTD = 8 zu wählen, bei einer Auflösung

von 200 (Interpolationsfaktor 50), wenn Eingangsfre-

quenzen bis 20 kHz angelegt werden sollen.

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iC-Haus behält sich ausdrücklich das Recht vor, seine Produkte und/oder Spezifikationen zu ändern. Über erfolgte Änderungen und Ergänzungen zu den jeweilsaktuellen Spezifikationen im Internet auf unserer Homepage www.ichaus.de/infoletter informiert ein Infoletter, der automatisch erzeugt und als E-Mail an einge-tragene Nutzer verschickt wird.Ein Nachdruck dieser Spezifikation – auch auszugsweise – ist nur mit unserer schriftlichen Zustimmung und unter genauer Quellenangabe zulässig.Die angegebenen Daten dienen ausschließlich der Produktbeschreibung. Dies gilt insbesondere auch für die angegebenen Verwendungsmöglichkeiten/Einsatz-bereiche 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 konkretenVerwendung des Produktes resultieren, übernimmt iC-Haus keine Haftung.Unsere Entwicklungen, IPs, Schaltungsprinzipien und angebotenen Integrierten Schaltkreise sind grundsätzlich geeignet, naheliegend und vorgesehen für einenzweckentsprechenden Einsatz in technischen Applikationen, z. B. in Geräten und Systemen und in beliebigen technischen Einrichtungen, soweit sie nicht be-stehende Schutzrechte verletzen. Prinzipiell sind die Verwendungsmöglichkeiten technisch nicht beschränkt und beziehen sich beispielsweise auf Produkte desWarenverzeichnisses für die Außenhandelsstatistik, Ausgabe 2008 und folgende, jährlich herausgegeben vom Statistischen Bundesamt, Wiesbaden, oder aufein beliebiges Produkt des Produktkatalogs der Hannover-Messe 2007 und folgender.Eine zweckentsprechende Applikation unserer veröffentlichten Entwicklungen verstehen wir als Stand der Technik, die nicht mehr als erfinderisch im Sinne desPatentgesetzes gelten kann. Unsere expliziten Applikationshinweise sind nur als Ausschnitt der möglichen, besonders vorteilhaften Anwendungen zu verstehen.

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BESTELLINFORMATION

Typ Gehäuse Bestellbezeichnung

iC-MQ TSSOP20 iC-MQ TSSOP20

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