IC-HAUS IC-VX SO16W Datasheet

iC-VX

LEITUNGSTREIBER, 3 KANÄLE KOMPLEMENTÄR

Ausgabe C1, Seite 1/11

EIGENSCHAFTEN ANWENDUNGEN

° 6 strombegrenzte und kurzschlussfeste Push-Pull

Treiberstufen in komplementärer Anordnung

° Garantierter Treiberstrom auf 30mA oder 100mA einstellbar
° Ausgänge TTL kompatibel bei kleinem Laststrom
° Integrierte Freilaufdioden
° Kurze Schaltzeiten und hohe Slew-Rate
° Schmitt-Trigger Eingänge mit integrierter Pull-Up

Stromquelle und Kappdioden

° Eingänge kompatibel zu TTL- und CMOS-Pegeln
° Verschiebung der Schaltschwellen durch getrennte

Versorgung der Eingänge möglich

° On-Chip Temperaturschutzschaltung mit Hysterese
° Erweiterter Temperaturbereich von -25..+85°C

BLOCKSCHALTBILD

6

3

VCC

VT

° Leitungstreiber für die 24V-

Steuerungstechnik

GEHÄUSE

SO16W TSSOP20

thermal pad

16

VB1

A1

15

E11

NA1

14

KANAL 1

A2

13

E2

2

NA2 11

KANAL 2

A3

10

E3

7

NA3 9

KANAL 3

TEMP.-ÜBERWACHUNG

PROG

VEE

4

5

BIAS

VSUB

12

iC-VX

SO16W

VB2

8

© 2001
iC-Haus GmbH Tel. [phone]
Integrierte Schaltkreise Fax [phone]
Am Kuemmerling 18, 55294 Bodenheim http://www.ichaus.com

iC-VX

LEITUNGSTREIBER, 3 KANÄLE KOMPLEMENTÄR

Ausgabe C1, Seite 2/11

KURZBESCHREIBUNG

Der Baustein iC-VX ist ein monolithischer 3-Kanal Leitungstreiber mit komplementären Ausgängen für 24V­Applikationen.

Die Schmitt-Trigger Eingänge enthalten Pull-Up Stromquellen und arbeiten an separater Versorgungs­spannung; ihr Bezugspotential ist innerhalb des Bereiches der Endstufenversorgung verschiebbar, um die
Schaltschwellen der Anwendung anpassen zu können.

Der garantierte Treiberstrom ist einstellbar und beträgt 30mA (Pin PROG offen) oder 100mA (Pin PROG an
VSUB). Bei geringer Belastung sind die Treiber durch reduzierte Sättigungsspannungen T TL-kompatibel. Die
Endstufen sind strombegrenzt und durch die Abschaltung bei Übertemperatur gegen thermische Zerstörung
geschützt. Durch die Hysterese der Temperaturschutzschaltung t akten die Treiberausgänge abhängig von der
iC-Verlustleistung bis zum Wegfall der Überlast.

Für 30mA Treiberstrom ist die Kurzschlussfestigkeit direkt durch das iC, für 100mA Treiberstrom in 24V­Applikationen durch 30S Vorwiderstände gewährleistet.

Freilaufdioden an den Ausgängen schützen das iC gegen Echos fehlangepasster Leitungen. Die Ein- und
Ausgänge der Kanäle sind mit Dioden gegen Zerstörung durch ESD geschützt.

GEHÄUSE SO16W, TSSOP20 nach JEDEC-Standard
ANSCHLUSSBELEGUNG SO16W PIN-FUNKTIONEN

(von oben) Name Funktion

E1 Eingang Kanal 1
E2 Eingang Kanal 2
VCC Versorgungsspannung der Eingänge (+5V)

VEE Bezugspotential der Eingänge (0V)
PROG Umschaltung für Treiberstrom

(offen 30mA, PROG an VSUB 100mA)
VT +4.5..+30V Bias-Versorgungssspannung
E3 Eingang Kanal 3
VB2 +4.5..+30V Treiber-Versorgungsspannung
NA3 Ausgang Kanal 3, invertiert
A3 Ausgang Kanal 3
NA2 Ausgang Kanal 2, invertiert

ANSCHLUSSBELEGUNG TSSOP20tp 4.4mm VSUB Substrat-Potential, GND
(von oben) A2 Ausgang Kanal 2

n.c.

VCC
VEE

PROG

VT
E3

VB2

n.c.

1
2

E1

3

E2

4
5
6
7
8
9
10

20

n.c.

19

VB

18

A1

17

NA1

16

A2

15

VSUB

14

NA2

13

A3

12

NA3

11

n.c.

NA1 Ausgang Kanal 1, invertiert
A1 Ausgang Kanal 1
VB1 +4.5..+30V Treiber-Versorgungsspannung

Für 100mA Treiberstrom müssen die Pins VB1 und
VB2 beide angeschlossen werden.
Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr bietet das
TSSOP20-Gehäuse einen großflächigen Pad zur
Auflötung (eine Verbindung ist nur mit VSUB
zulässig).

iC-VX

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Ausgabe C1, Seite 3/11

GRENZWERTE

Keine Zerstörung, Funktion nicht garantiert.

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

G001 VCC-VEE Versorgungsspannung für Eingänge 0 12 V
G002 VB1, VB2 Positive Versorgungsspannung

der Ausgangsstufen
G003 VT Bias-Versorgungsspannung 0 30 V
G004 V(PROG) Spannung an PROG 0 2 V
G005 I(A,NA) Strom in Ausgängen A1..3, NA1..3 -300 300 mA
G006 I(E) Strom in Eingängen E1..3 -8 8 mA
E001 Vd() ESD-Prüfspannung, alle Ein- und

Ausgänge

TG1 Tj Chip-Temperatur -40 155 °C
TG2 Ts Lagertemperatur -40 150 °C

MIL-STD-883, Methode 3015, HBM
100pF entladen über 1.5k

S

032V

1kV

THERMISCHE DATEN

Betriebsbedingungen: VB= 4.5..30V, VT= VCC= 5V ±10%

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

T1 Ta Zulässiger Umgebungstemperatur-

bereich

(erweiterter Temperaturbereich bis

-40°C auf Anfrage)

T2 Rthja Thermischer Widerstand im SO16W

Chip / Umgebung

T3 Rthja Thermischer Widerstand im TSSOP20

Chip / Umgebung

Lötmontage auf PCB mit ca. 2cm²
Kühlfläche (siehe Demo-Board)

Lötmontage auf PCB, thermischer
Pad an ca. 2cm² Kühlfläche

-25 85 °C

55 75 K/W

30 40 K/W

Alle Spannungsangaben beziehen sich auf Masse (Ground), wenn kein anderer Bezugspunkt angegeben ist.

In den Baustein hinein fließende Ströme zählen positiv, heraus fließende Ströme negativ.

iC-VX

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Ausgabe C1, Seite 4/11

KENNDATEN

Betriebsbedingungen:

VEE= VSUB= 0V, VB= 4.5..30V, VT= VCC= 5V ±10%, Tj= -25°..125°C, wenn nicht anders angegeben

Kenn Formel- Benennung Bedingungen Tj Bild Einh.
Nr. zeichen °C Min. Typ. Max.
Allgemeines

001 VCC-

VEE
002 VCC Zul. Versorgungsspannung VCC 4.5 VB V
003 VEE Zul. Versorgungsspannung VEE 0 VB

004 I(VCC) Versorgungsstrom in VCC

005 VT Zul. Versorgungsspannung VT 4.5 VB V
006 I(VT) Versorgungsstrom in VT PROG an VSUB

007 I(VT) Versorgungsstrom in VT PROG offen

008 VB1,

VB2
009 I(VB) Versorgungsstrom in VB PROG an VSUB,

010 I(VB) Versorgungsstrom in VB PROG offen,

Treiberausgänge A1..3, NA1..3

101 Vs()hi Sättigungsspannung hi

102 Vs()lo Sättigungsspannung lo

103 Isc()hi Kurzschlussstrom hi

104 Isc()lo Kurzschlussstrom lo

105èSR()

Zulässiger Versorgungs­spannungsbereich der Eingänge

Zulässige Treiber-Versorgungs­spannung VB1 und VB2

(Treiberfähigkeit 100mA)

(Treiberfähigkeit 100mA)

(Treiberfähigkeit 100mA)

(Treiberfähigkeit 100mA)

è

Slewrate hi:lo
(Treiberfähigkeit 100mA)

27

125

27

125

27

125

I(A1..3, NA1..3)= 0 27

125

I(A1..3, NA1..3)= 0 27

125

PROG an VSUB, VB1 und VB2
angeschlossen,
Vs()hi= VB-V(A,NA);
I(A,NA)= -10mA
I(A,NA)= -30mA
I(A,NA)=-100mA

PROG an VSUB, VB1 und VB2
angeschlossen;
I(A,NA)= 10mA
I(A,NA)= 30mA
I(A,NA)= 100mA

PROG an VSUB, VB1 und VB2
angeschlossen, V(A,NA)= 0V

PROG an VSUB, VB1 und VB2
angeschlossen, V(A,NA)= VB

PROG an VSUB, VB1 und VB2
angeschlossen,
RL(A/NA)= 750S,
CL(A/NA)= 100pF

4.5 11 V

V

-4.5V

0.5

1.35

0.89

3

6.4

5.1

1.3

2.6

2.2

4.5 30 V

0.6

2.1

1.5

0.15

0.42

0.31

-350 -100 mA

100 350 mA

100 V/µs

2.4 mA
mA
mA

12 mA

mA
mA

5mA

mA
mA

4.8 mA
mA
mA

1.2 mA
mA
mA

1.0

1.2

2.0

0.9

1.0

1.5

V
V
V

V
V
V

iC-VX

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Ausgabe C1, Seite 5/11

KENNDATEN

Betriebsbedingungen:

VEE= VSUB= 0V, VB= 4.5..30V, VT= VCC= 5V ±10%, Tj= -25°..125°C, wenn nicht anders angegeben

Kenn Formel- Benennung Bedingungen Tj Bild Einh.
Nr. zeichen °C Min. Typ. Max.

Treiberausgänge A1..3, NA1..3 (Fortsetzung)

106 Vs()hi Sättigungsspannung hi

(Treiberfähigkeit 30mA)

107 Vs()lo Sättigungsspannung lo

(Treiberfähigkeit 30mA)

108 Isc()hi Kurzschlussstrom hi

(Treiberfähigkeit 30mA)

109 Isc()lo Kurzschlussstrom lo

(Treiberfähigkeit 30mA)

(A-NA)

(A-NA)

è

Slewrate hi:lo
(Treiberfähigkeit 30mA)

für TTL-Pegel

bezogen auf VCC-VEE

bezogen auf VCC-VEE

(Treiberfähigkeit 100mA)
Verzögerungszeitdifferenz

A gg. NA
(Treiberfähigkeit 100mA)

(Treiberfähigkeit 30mA)
Verzögerungszeitdifferenz

A gg. NA
(Treiberfähigkeit 30mA)

110èSR()

111 Vs()lo Sättigungsspannung lo

112 I0(A,NA) Reststrom bei Tri-State Tj> Toff, V(A,NA)= 0..VB -100 100 µA
113 Vc()hi Clamp Spannung hi Vc(A,NA)hi= V(A)-VB;

114 Vc()lo Clamp Spannung lo I(A,NA)= -100mA -1.7 -0.4 V

Eingänge E1..3

201 Vt()hi Schwellspannung hi

202 Vt()lo Schwellspannung lo

203 Vt()hys Hysterese 36%
204 I() Eingangsstrom V(E)= VEE..VCC-1V -81 -55 -30 µA

205 Vc()hi Clamp Spannung hi Vc(E)hi= V(E)-VCC; I(E)= 4mA 0.4 1.6 V
206 Vc()lo Clamp Spannung lo I(E)= -4mA -1.6 -0.4 V
207 tp() Verzögerungszeit E6A, E6NA

208)tp

209 tp() Verzögerungszeit E6A, E6NA

210)tp

Temperaturüberwachung, Bias

301 Toff Abschalttemperatur 125 135 155
302 Thys Temperatur-Hysterese 15 22 30

PROG offen, Vs()hi=VB-V(A,NA);
I(A,NA)= -3mA
I(A,NA)= -10mA
I(A,NA)= -30mA

PROG offen;
I(A,NA)= 3mA
I(A,NA)= 10mA
I(A,NA)= 25mA, VB= 4.5..10V
I(A,NA)= 30mA, VB= 10..30V

PROG offen, V(A,NA)= 0V -100 -30 mA

PROG offen, V(A,NA)= VB 30 100 mA

PROG offen, RL(A/NA)= 750S,
CL(A/NA)= 100pF

I(A,NA)= 1.6mA 0.4 V

I(A,NA)= 100mA

50%V(E) : 50%I(A,NA);
PROG an VSUB, RL(A/NA)=750

)

tp()= ètp(E-A) -tp(E-NA)è;

PROG an VSUB, RL(A/NA)=750

50%V(E) : 50%I(A);
PROG offen, RL(A/NA)= 750

)

tp()= ètp(E-A) -tp(E-NA)è;

PROG offen, RL(A/NA)= 750

S

S

S

S

30 V/µs

0.4 1.7 V

35 %

0.4 1 µs

0.15 0.5 µs

0.8 2 µs

0.35 1 µs

0.9

1.0

1.4

0.9

1.0

1.2

1.2

45 %

V
V
V

V
V
V
V

E
E

C
C

iC-VX

LEITUNGSTREIBER, 3 KANÄLE KOMPLEMENTÄR

Ausgabe C1, Seite 6/11

APPLIKATIONSHINWEISE

Leitungstreiber für die Steuerungstechnik koppeln digitale Signale mit TTL- oder CMOS-Pegeln über Leitungen
an 24V-Systeme. Wegen möglicher Leitungskurzschlüsse sind die Treiber strombegrenzt und schalten bei
Übertemperatur ab.
Die Schaltschwellen der Schm itt-Trigger Eingänge sind beim Baustein iC-VX mit der Wahl der Versorgungs­spannungen VCC und VEE im Bereich der Endstufenversorgung VB verschiebbar.

Die Programmierung des Treiberstromes auf 30mA oder 100mA erlaubt eine optimale Anpassung je nach
Leitungslänge und geforderter Übertragungsrate. Für den hohen Treiberstrom sind externe Vorwiderstände
vorzusehen, um die Kurzschlussfestigkeit in 24V-Anwendungen zu gewährleisten. Diese Vorwiderstände
verbessern zudem die Anpassung des Treibers an den Leitungswellenwiderstand.

iC-VX

LEITUNGSTREIBER, 3 KANÄLE KOMPLEMENTÄR

Ausgabe C1, Seite 7/11
BEISPIEL 1: Kurze Leitungen
Kurze Leitungen von z.B. 5m stellen für das iC näherungsweise kapazitive Last dar; eine Anpassung des Wellen-

widerstands ist nicht erforderlich. Mit jeder Schaltflanke treten im iC Umschaltverluste pro Kanal von Pc = 1/2 VB
× I(A) auf. Die Lastkapazität wird mit dem garantierten Treiberstrom von I(A)$ 30mA umgeladen. Diese
Umschaltverluste bestimmen die mögliche Grenzfrequenz, da die hohe Chip-Verlustleistung ohne Kühlung zum
Abschalten des iCs führt. Bei großer kapazitiver Last kann die Übertragungsrate auch durch Abfall- und
Anstiegszeiten begrenzt werden, die den Signalhub verkleinern.

24V

NA1

C2
1µF

16

A1

15

14

L=5m, CL=500pF

SPS

2k

5V

3

VT

VCC

1

E1

A

KANAL1

C1
1µF

6

VB1

A2

VB2

NA2

NA3

13

11

A3

10

9

8

2k

2k

2

E2

B

KANAL2

7

E3

Z

KANAL3

TEMP.-ÜBERWACHUNG

PROG

VEE

5

4

BIAS

iC-VX

VSUB

12

Bild 1: Datenübertragung mit geringer kapazitiver Last; Pin PROG offen: I(A)$ 30mA

Bild 1 zeigt als typische Anwendung die Übertragung der Ausgangssignale eines Inkremental-Drehgebers (Spur
A, Spur B, Nullimpuls Z) an eine Steuerung (SPS). Die durch die Verlustleistung eingeschränkte maximale
Signalfrequenz lässt sich durch die Normierung auf die Randwerte des Beispiels für kurze Leitungen abschätzen:

2

413

f

max

500

.

200

kHz

pF

×

CL

24

V

×

VB

K&T

×

70

K

75K/

a

×

W

R

thja

×

Kanäle

2

(1.1)

Bei einer Slew-Rate Begrenzung gilt für die maximale Signalfrequenz unter Vernachlässigung der Sättigungs­spannung:

30

f

max

.

4×VB×(CL%1nF)

mA

(1.2)

CL = Lastkapazität in Brückenschaltung, von Ausgang A gg. NA
VB = Versorgungsspannung
T

= Umgebungstemperatur

a

= Wärmewiderstand Chip/Board/Umgebung (R

R

thja

thja

= R

thjb

+ R

thba

)

iC-VX

A

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Ausgabe C1, Seite 8/11
BEISPIEL 2: Lange Leitungen

Längere Leitungen von z.B. 100m erfordern einen höheren Treiberstrom und eine Wellenanpassung. Ein ent­sprechender Vorwiderstand von 30S am Treiberausgang gewährleistet Kurzschlussfestigkeit und eine geeignete
Aufteilung der Verlustleistung auf Widerstand und iC. Pin PROG an VS U B wählt den hohen Treiberstrom von
100mA. Die Treiberversorgung muss in diesem Fall über VB1 und VB2 zugeführt werden.

24V

5V

3

VT

VCC

1

A

E1

KANAL1

C1

1µF

6

VB1

NA1

C2

1µF

16

A1

30

15

30

14

L=100m, CB=100pF/m

A2

30

VB2

NA2

NA3

13

30

11

A3

30

10

30

9

8

2

B

Z

E2

KANAL2

7

E3

KANAL3

TEMP.-ÜBERWACHUNG

PROG

VEE

5

4

BIAS

iC- VX

VSUB
12

Bild 2: Datenübertragung mit hoher kapazitiver Last; PROG an VSUB: I(A)$ 100mA

SPS

2k

2k

2k

Die durch die Verlustleistung eingeschränkte maximale Signalfrequenz lässt sich durch die Normierung auf die
Randwerte des Beispiels für lange Leitungen abschätzen:

2

413

f

max

.

kHz

20

×

100pF/

CB

m

100

m

×

L

24

V

×

VB

K&T

×

70

K

75K/

a

×

W

R

thja

×

Kanäle

2

(2.1)

Bei einer Slew-Rate Begrenzung gilt für die maximale Signalfrequenz unter Vernachlässigung der Sättigungs­spannung:

100

f

max

.

4×VB×(

m

C

%1nF)

L

(2.2)

CB = Kapazitätsbelag der Leitung
L = Länge der Leitung

= Wirksame Lastkapazität am Ausgang A gg. NA

C

L

VB = Versorgungsspannung

= Umgebungstemperatur

T

a

= Wärmewiderstand vom Chip zur Umgebung (R

R

thja

thja

= R

thjb

+ R

thba

)

Die Strombegrenzung der Treiberstufen kann in der 100mA Programmierstellung bis zu 300mA betragen. Damit
errechnet sich die maximale Verlustleistung bis zum Ansprechen der Temperaturschutzschaltung für den
angeschlossenen 30S Widerstand bzw. für das iC mit VB= 24V.
Max. Verlustleistung im Widerstand: Pmax
Max. Verlustleistung im iC pro Kanal: Pmax

= I² × R = (300mA)² × 30S = 2.7W

R

= (VB - I(A) × R) × I(A) = 4.5W

IC

iC-VX

LEITUNGSTREIBER, 3 KANÄLE KOMPLEMENTÄR

Ausgabe C1, Seite 9/11
Die mittleren Verlustleistungen im iC und in den Widerständen verringern sich, wenn die Temperaturschutz-

schaltung die Treiberausgänge bei hoher Chip-Temperatur taktet. Die verwendeten Widerstände sind für die
ermittelte Verlustleistung auszulegen, um eine Überlastung bei Dauerkurzschluss der Leitung zu vermeiden.
Werden die Treiber mit kleinerer Versorgungsspannung betrieben, verringert sich die auf das iC entfallende
Verlustleistung, und die Temperaturschutzschaltung wird erst verzögert oder gar nicht aktiv.
Für VB# 20V sind kleinere Widerstände erlaubt (>10S), ohne die Kurzschlussfest igkeit des iCs zu gefähr-den.
Dadurch kann die Temperaturschutzschaltung des iCs wieder aktiv werden, und auch 1/3W Widerstände werden
nicht überlastet.

BEISPIEL 3: Datenübertragung bei Ansteuerung mit 5V TTL/CMOS Signalen
Bei Ansteuerung mit TTL- oder CMOS-Logik kann der Baustein mit der 5V Logik-Versorgung an VCC und VT

betrieben werden. Die Pins VEE und VSUB sind mit der Logik-Masse zu verbinden. Die 24V-Versorgung ist an
VB1 oder VB2 anzulegen (Bild 3).
In der alternativen Beschaltung nach Bild 4 ist die positive Versorgungsspannung für Logik und Treiber
gemeinsam. Ein Negativ-Spannungsregler erzeugt Ground für die Logik bzw. das Bezugspotential VEE für die
Eingangsstufen. Infolge der größeren Bias-Versorgungspannung an VT erhöht sich bei dieser Beschaltung die
iC-Verlustleistung.

Bild 3: VEE = VSUB Bild 4: VEE > VSUB

In beiden Beispielen sind die Schaltschwellen der Schmitt-Trigger Eingänge E1..3 zu TTL- und CMOS-Pegeln
kompatibel.
Abhängig von der Leitungslänge ist der Treiberstrom mit der Besc haltung PROG= offen zu 30mA bzw. mit
PROG= VSUB zu 100mA auszuwählen. Bei 100mA Treiberstrom müssen die Endstufen über beide Anschlüsse
VB1 und VB2 versorgt werden.

iC-VX

LEITUNGSTREIBER, 3 KANÄLE KOMPLEMENTÄR

Ausgabe C1, Seite 10/11

DEMO-BOARD

Der Baustein iC-VX im SO16W-Gehäuse wird mit einem Demo-Board zu Testzwecken bemustert. Die folgenden
Bilder zeigen die Schaltung sowie die Ober- und Unterseite der Testplatine.

VT

VCC

E1

E2

E3

PROG

Bruecke

B01

1µF/40V

C01

1

2

7

VCC6VT

E1

E2

E3

TEMP.-ÜBERWACHUNG

VEE5PROG

4

3

KANAL1

KANAL2

KANAL3

BIAS

Bruecke

B03

iC-V X

VSUB8VB2
12

VB1

NA1

NA2

NA3

C02

1µF/40V

16

A1

15

A1

14

NA1

A2

13

A2

11

NA2

A3

10

A3

9

NA3

VB

R01

30

L1

R02

30

NL1

R03

30

L2

R04

30

NL2

R05

30

L3

R06

30

NL3

VEE

Bruecke
B02

GND

Bild 5: Schaltplan des Demo-Boards

Bild 6: Demo-Board (Bestückungsseite) Bild 7: Demo-Board (Lötseite)

iC-VX

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BESTELL-HINWEISE

Typ Gehäuse Bestellbezeichnung

Ausgabe C1, Seite 11/11

iC-VX

VX Demo-Board

Auskünfte über Preise, Liefertermine, Liefermöglichkeiten anderer Gehäuseformen usw. erteilt

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SO16W
TSSOP20tp 4.4mm

iC-VX SO16W
iC-VX TSSOP20

VX DEMO

Die vorliegende Spezifikation betrifft ein neuentwickeltes Produkt. iC-Haus behält sich daher das Recht vor, Daten ohne weitere Ankündigung
zu ändern. Setzen Sie sich gegebenenfalls mit uns in Verbindung, um die aktuellen Daten zu erfragen.
Die angegebenen Daten dienen allein der Produktbeschreibung und sind nicht als zugesi cherte Eigens chaft im Rec htssinn auf zufassen.
Etwaige Schadensersatzansprüche gegen uns - gleich aus welchem Rechtsgrund - sind ausgeschlossen, soweit uns nicht Vorsatz oder grobe
Fahrlässigkeit trifft.
Wir übernehmen keine Gewähr dafür, dass die angegebenen Schaltungen oder Verfahren frei von Schutzrechten Dritter sind.
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