CS8190：精密空心軸轉(zhuǎn)速/速度計驅(qū)動器的技術(shù)剖析

在電子工程師的設(shè)計工作中，一款性能出色的轉(zhuǎn)速/速度計驅(qū)動器至關(guān)重要。今天我們就來深入探討 ON Semiconductor 推出的 CS8190 精密空心軸轉(zhuǎn)速/速度計驅(qū)動器，看看它有哪些獨特之處。

文件下載：CS8190EDWFR20.pdf

一、CS8190 概述

CS8190 專為空心軸儀表機(jī)芯設(shè)計，能夠為模擬轉(zhuǎn)速計或速度計提供所需的全部功能。它接收速度傳感器輸入，生成與正弦和余弦相關(guān)的輸出信號，以差分方式驅(qū)動空心軸儀表。相較于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速計驅(qū)動器（如 CS289 或 LM1819），CS8190 有諸多改進(jìn)。其輸出采用差分驅(qū)動器，無需齊納參考，還能提供更大的扭矩；可承受 60V 瞬態(tài)電壓，減少了所需的保護(hù)電路；精度更高，減少了微調(diào)需求，適用于速度計。

二、特性亮點

2.1 直接傳感器輸入

可直接連接速度傳感器，簡化了電路設(shè)計，提高了信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

2.2 高輸出扭矩

能夠為指針提供足夠的驅(qū)動力，確保指針穩(wěn)定、快速地響應(yīng)輸入信號，減少指針抖動。

2.3 低指針抖動

通過優(yōu)化電路設(shè)計和信號處理，有效降低了指針的抖動，使讀數(shù)更加清晰、準(zhǔn)確。

2.4 高輸入阻抗

減少了對輸入信號源的影響，提高了輸入信號的質(zhì)量。

2.5 過壓保護(hù)

可承受 60V 瞬態(tài)電壓，保護(hù)芯片免受電壓沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.6 歸零功能

當(dāng)輸入信號消失或電源電壓過低時，指針能夠自動回到零位，方便用戶使用。

2.7 環(huán)保封裝

采用無鉛、無鹵素/BFR 且符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)的封裝，符合環(huán)保要求。

三、電氣特性

3.1 電源電壓部分

• 電源電流（ICC）：在 VCC = 16V、-40°C 且無負(fù)載的情況下，典型值為 50mA，最大值為 125mA。
• 正常工作電壓范圍（VCC）：8.5V 至 16V。

  3.2 輸入比較器部分

• 正輸入閾值：典型值為 2.0V，范圍在 1.0V 至 3.0V 之間。
• 輸入遲滯：典型值為 500mV，最小值為 200mV。
• 輸入偏置電流：在 0V ≤ VIN ≤ 8.0V 時，范圍為 -10μA 至 -80μA。
• 輸入頻率范圍：0 至 20kHz。

  3.3 電壓調(diào)節(jié)器部分

• 輸出電壓：典型值為 7.00V，范圍在 6.25V 至 7.50V 之間。
• 輸出負(fù)載電流：最大為 10mA。
• 輸出負(fù)載調(diào)節(jié)：在 0 至 10mA 負(fù)載變化時，典型值為 10mV，最大值為 50mV。
• 輸出線調(diào)節(jié)：在 8.5V ≤ VCC ≤ 16V 范圍內(nèi)，典型值為 20mV，最大值為 150mV。

  3.4 電荷泵部分

• 反相輸入電壓：典型值為 2.0V，范圍在 1.5V 至 2.5V 之間。
• 輸入偏置電流：典型值為 150nA，最小值為 40nA。

  3.5 函數(shù)發(fā)生器部分

• 歸零閾值：在 TA = 25°C 時，典型值為 6.0V，范圍在 5.2V 至 7.0V 之間。
• 差分驅(qū)動電壓：在 8.5V ≤ VCC ≤ 16V 時，不同相位下的典型值在 5.5V 至 7.5V 之間。

四、引腳功能描述

CS8190 有 PDIP - 16 和 SO - 20W 兩種封裝，各引腳功能明確。例如，CP + 為電荷泵正輸入；SQOUT 為緩沖方波輸出信號；FREQIN 為速度或 RPM 輸入信號等。了解這些引腳功能對于正確使用 CS8190 至關(guān)重要。

五、電路描述與應(yīng)用注意事項

5.1 電路組成

CS8190 主要由輸入比較器、電荷泵、帶隙電壓調(diào)節(jié)器和函數(shù)發(fā)生器等部分組成。輸入信號通過高阻抗比較器處理后，經(jīng)電荷泵進(jìn)行頻率 - 電壓轉(zhuǎn)換，再由函數(shù)發(fā)生器生成正弦和余弦輸出電壓，以差分方式驅(qū)動儀表線圈。

5.2 應(yīng)用注意事項

• 若需要歸零功能，需連接一個大于 2000μF 的電容到 VCC 引腳（C2）。
• CCP 和 RT 的乘積直接影響轉(zhuǎn)換函數(shù)和溫度補償，CCP 范圍為 20pF 至 0.2μF，RT 范圍為 100kΩ 至 500kΩ。
• 芯片必須防止超過 60V 的瞬態(tài)電壓和反接電池情況。
• FREQIN 引腳上可能需要額外的濾波。
• 儀表線圈與芯片的連接應(yīng)盡量短（≤3.0 英寸），以確保指針穩(wěn)定性。

六、設(shè)計示例

以最大儀表偏轉(zhuǎn) 270°、最大輸入頻率 350Hz 為例：

6.1 選擇 Rr 和 CCP

根據(jù)公式 (theta = 970 × FREQ × C{CP} × R{T}=270^{circ})，設(shè) (C{CP}=0.0033 mu F)，可計算出 (R{T}=243 k Omega)，實際應(yīng)用中可使用 250kΩ 電位器進(jìn)行微調(diào)。

6.2 選擇 R3 和 R4

R3 用于設(shè)置電壓調(diào)節(jié)器的輸出電流，選擇 (R 3=3.3 k Omega)，可確保電流不超過 10mA。同時，要保證 (C_{CP}) 在輸入信號的每個周期內(nèi)能夠完全充電和放電，選擇 (R 4=1.0 k Omega)。

6.3 確定 C4

C4 的選擇要兼顧最大允許紋波電壓和儀表運動的響應(yīng)時間，選擇 (C 4=0.47 mu F) 時，F(xiàn)/V 紋波電壓為 44mV。

七、總結(jié)

CS8190 是一款功能強(qiáng)大、性能出色的精密空心軸轉(zhuǎn)速/速度計驅(qū)動器。它在電氣特性、功能特性和應(yīng)用靈活性方面都有出色的表現(xiàn)。電子工程師在設(shè)計轉(zhuǎn)速計或速度計系統(tǒng)時，CS8190 是一個值得考慮的選擇。大家在實際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。