Mehrkanaliger Verstärker-IC für schnelle digitale Stromwandlung

(PresseBox) (Jena, ) MAZeT stellt einen neuen 4-kanaligen Sensorsignalverstärker MDDC für Sensoren mit Stromausgang vor, der auch kleine Eingangsströme schnell und in hoher Bandbreite und Dynamik mittels Transimpedanzwandlung (TIA) konvertiert und on Chip digitalisiert. Transimpedanzverstärker werden in der industriellen Messtechnik bevorzugt zur schnellen und zyklischen Wandlung und Verstärkung kleinster Ströme in optoelektronischen Sensoren verwendet. Der ASIC MDDC eignet sich für schnelle Anwendungen in Verbindung mit Detektoren und Arrays, wie zum Beispiel In-Line-(Farb-)Messung und -Steuerung in automatisierten Prozessen, wie z.B. Druck und Analytik.

Die Transimpedanz (-Verstärkung) ist unabhängig für jeden Kanal über 5 Bit in 16 Stufen digital via SPI-Interface programmierbar. Die Abstufung zwischen den Transimpedanzen pro Kanal wird binär realisiert mit zusätzlichen Zwischenstufen im Bereich von ca. 1,6MOhm bis 100MOhm. Mit der maximalen Transimpedanz lassen sich selbst Ströme im nA-Bereich schnell messen und ein Dynamikbereich von 30dB (von 11,7nA bis 2µA; LSB down bis 2.8pA) abdecken. Die Verstärkerstufen zeichnen sich durch ein geringes Rauschen aus und arbeiten mit hoher Linearität und Gleichlauf der Kanäle. Über die externe Programmierung der Verstärkerstufen auch im Betrieb ist eine dynamische In-Line-Verstärkung über alle Kanäle separat möglich.

Der ASIC MDDC enthält intern on-Chip eine 12 Bit A/D-Wandlung. Der A/D-Wandler funktioniert grundsätzlich als "Succesive Approximation" A/D-Wandler. Zusätzlich ist ein Verfahren im A/D-Wandler zur Temperaturmodulation implementiert, was die große Temperaturschwankung der Transimpedanz der Strom-Spannungs-Wandler weitestgehend kompensiert.

Die Programmierung der Referenz für die Wandlung (äquivalent einer Referenzspannung bei einem herkömmlichen Spannungs-A/D-Wandler) lässt sich über die Programmierung der Transimpedanz einstellen. Dies erfolgt pro Kanal unabhängig. Dadurch kann jeder Kanal einen eigenen Referenzstrom bzw. Strombereich (Full-Scale-Range - FSR) haben. Alle nötigen Referenzen werden intern realisiert.

Eine Art "Track & Hold"-Schaltung mit einem vier zu eins Multiplexer wird vor dem A/D-Wandler realisiert. Diese Implementierung ermöglicht ein gleichzeitiges paralleles Abtasten (Sample) und eine nachfolgende serielle Wandlung der analogen Werte der Kanäle. Die Kommunikation zum und vom ASIC wird über eine bidirektionale 12 Bit SPI-Schnittstelle mit einem Takt von bis zu 16MHz realisiert. Der SPI-Takt wird gleichzeitig für den A/D-Wandler verwendet. Eine Wandlungszeit von 1µs pro Kanal und damit eine Abtastrate von bis zu 100kS/s für alle vier Kanäle lässt sich so erreichen.

Der 4-kanalige Strom-Digital-Wandler MDDC eignet sich sehr gut für Multi-Sensorapplikationen mit minimalem Sensorstrom. Das sind typischerweise Farbsensoren und andere Opto-Arrays und -Zeilen (UV, VIS, NIR, IR-Bereich) in schnellen Anwendungen, wie der Industriesensorik (Lichtgitter, Längen-, Füllstands, Positions-, Dicken- und Abstandsmessung), in dynamischen Messsystemen zur Oberflächenanalyse (Spektral und Farbmessungen, Glanz, Rauhigkeit), Temperaturmessung (Thermal Imaging, Verbrennungsüberwachung) aber auch bei in-line Detektoren für Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlen, Röntgenstrahlen und Ionen.

Der Sensor-ASIC ist im SMD-Gehäuse lieferbar bzw. kann als naked Chip für nachfolgende Hybrid- oder MCM-Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden. In Verbindung mit den MAZeT True-Color-Sensoren sind die Verstärker als komplette Farbsensormodule bzw. SMD-Sensorbauelemente lieferbar.

MAZeT GmbH

Die MAZeT GmbH ist ein führender, europäischer Entwicklungs- und Fertigungsdienstleister. Das 1992 gegründete Unternehmen mit Sitz in Jena entwickelt, fertigt und liefert kundenspezifische elektronische Baugruppen, Software und ASICs und vertreibt weltweit eigene Produkte der Marke JENCOLOR(tm). Durch das breite Technologieangebot und Applikations-Know-how ist die MAZeT GmbH auf dem Gebiet der Industrieelektronik und der Opto-Sensorik ein zuverlässiger und bewährter Servicepartner für maßgeschneiderte, kundenspezifische Lösungen. Ihre Entwicklungskompetenz und Komponenten für spezielle Anwendungen kommen unter anderem im gesamten Bereich der industriellen Messtechnik, Regel- und Automatisierungs- sowie Medizintechnik zum Einsatz. Weitere Informationen unter http://www.MAZeT.de.

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