ZSC31150：汽车传感器信号调理的理想之选

在汽车电子领域，精确的传感器信号调理至关重要。今天要给大家介绍的ZSC31150，是一款专为汽车传感器设计的高性能信号调理器，能实现高精度的放大和传感器特定校正。

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一、产品概述

ZSC31150是一款CMOS集成电路，可对桥传感器信号进行高精度放大和特定校正。它通过内部16位RISC微控制器运行校正算法，实现传感器偏移、灵敏度、温度漂移和非线性的数字补偿，校准系数存储在EEPROM中。该芯片几乎可适配所有桥传感器类型，测量值可通过模拟电压输出、数字ZACwire™和I2C接口提供。

二、主要特性

2.1 数字补偿

能对传感器的偏移、灵敏度、温度漂移和非线性进行数字补偿，确保测量的准确性。

2.2 广泛适配

可调节以适应几乎所有桥传感器类型，具有很强的通用性。

2.3 高增益与多样输出

模拟增益高达420，输出选项丰富，包括比例式模拟电压输出（5% - 95%最大值，12.4位分辨率）或ZACwire™数字单总线接口。

2.4 温度补偿

支持内部或外部二极管、桥电阻、热敏电阻等多种温度补偿方式。

2.5 其他特性

• 支持电压或恒流传感器偏置。
• 采样率高达7.8kHz。
• 具备高达33V的高压保护。
• 最大供电电流5.5mA。
• 有反极性和短路保护功能。
• 工作温度范围宽，根据不同型号可达 -40°C至 +150°C。
• 可通过用户定义的EEPROM条目实现可追溯性。
• 具备安全和诊断功能。

三、产品优势

3.1 减少外部元件

无需外部微调组件，仅需少量外部保护设备，简化了电路设计。

3.2 便捷校准

通过I2C或ZACwire™接口进行PC控制配置和单次校准，简单、经济、快速且精确，还支持生产线末端校准。

3.3 高精度与高可靠性

在 -25至85°C时精度可达0.25% FSO， -40°C至125°C时可达0.5% FSO，具有出色的EMC/ESD鲁棒性和AEC - Q100认证。

四、电气特性

4.1 绝对最大额定值

需注意，绝对最大额定值仅为应力额定值，超出推荐工作条件可能导致器件无法正常工作甚至损坏。例如，供电电压VDDE范围为 -33至33V，AOUT引脚电位V OUT同样为 -33至33V等。

4.2 工作条件

不同型号的环境温度范围有所不同，如ZSC31150x E xx的环境温度范围为 -40°C至150°C，ZSC31150x A xx为 -40°C至125°C等。供电电压VDDE范围为4.5至5.5V，桥电阻在不同模式下也有相应要求。

4.3 电气参数

涵盖了供电电流、时钟频率、模拟前端特性、温度测量、模数转换、数模转换等多个方面的参数。例如，供电电流IS在无桥和负载电流、TAMB_TQA、fCLK ≤ 3MHz条件下最大为5.5mA；ADC分辨率rADC为13至16位等。

4.4 接口特性和EEPROM

I2C接口和ZACwire™单总线接口各有其输入输出电平、负载电容、时钟频率等特性。EEPROM的编程和读写也有相应的温度范围、读写周期和数据保留时间等要求。

五、电路描述

5.1 信号流程

信号路径包括模拟和数字两部分。模拟路径为差分形式，可提高噪声抑制能力。桥传感器的差分信号经可编程增益放大器（PGA）预放大，多路复用器（MUX）按特定顺序将信号传输至模数转换器（ADC），转换后的数字信号在校准微控制器（CMC）中进行校正，最终根据编程的输出配置输出模拟或数字信号。

5.2 应用模式

在每个应用中，需通过编程片上EEPROM来建立配置集，包括传感器通道（如传感器模式、输入范围、模拟偏移补偿等）、分辨率/响应时间和温度测量等方面的设置。

5.3 模拟前端（AFE）

由PGA、MUX和ADC组成。PGA有多种可调增益，可根据不同需求选择合适的增益以获得合适的传感器信号跨度和共模范围。同时，ZSC31150支持数字和模拟两种传感器偏移补偿方法，以处理不同大小的偏移值。

5.4 温度测量

支持四种不同的温度数据采集方法，可使用内部pn结温度传感器、外部pn结温度传感器、外部电阻半桥温度传感器或桥电流激励下的传感器桥温度系数。

5.5 系统控制和调理计算

系统控制负责控制测量周期、进行校正计算、管理启动序列和通信请求，以及处理故障安全任务。内部状态机有正常运行模式（NOM）、命令模式（CM）和诊断模式（DM）三种主要状态。

5.6 模拟输出AOUT

用于输出模拟信号调理结果和通过ZACwire™接口进行“生产线末端”通信，支持四种不同的模拟输出模式。

5.7 串行数字接口

包括I2C和ZACwire™单总线通信接口，可用于与电路通信以校准传感器模块。

5.8 故障安全特性、看门狗和错误检测

能检测各种可能的错误，通过诊断模式（DM）指示错误，同时有看门狗监督CMC和测量循环的运行，对传感器桥的断线、输入短路等情况进行持续检查。

5.9 高压、反极性和短路保护

内部供电电压限制器可保护ZSC31150和连接的传感器免受过电压和反极性损坏，模拟输出AOUT在保护范围内可连接各种电位。

六、应用电路示例

应用电路包含用于过电压、反极性和短路保护的外部组件，不同的应用电路示例展示了桥在电压模式、电流模式下，使用不同温度传感器的情况。

七、引脚配置、闩锁和ESD保护

7.1 引脚配置和闩锁条件

每个引脚都有其特定的功能和使用要求，部分引脚有触发电流/电压限制，以防止闩锁现象的发生。

7.2 ESD保护

所有引脚都有大于2000V的ESD保护，VDDE、VSSE和AOUT引脚的ESD保护大于4000V，确保了器件在静电环境下的可靠性。

八、封装

提供SSOP14和14 - DFN两种标准封装，不同封装有其对应的尺寸和引脚分配。

九、质量和可靠性

ZSC31150符合AEC - Q100标准，工作温度等级为0，保证了较低的失效率，具有较高的可靠性。

十、定制化

对于高产量应用，IDT可根据需求对电路设计进行定制，添加或移除某些功能块，提供快速的定制解决方案。

十一、订购信息

提供了多种不同型号的产品销售代码，涵盖了不同的温度范围、封装形式和产品套件，方便用户根据实际需求进行选择。

总的来说，ZSC31150以其高精度、高可靠性和丰富的功能，为汽车传感器信号调理提供了优秀的解决方案。电子工程师在设计汽车传感器相关电路时，不妨考虑这款芯片。大家在使用过程中遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验，欢迎在评论区分享交流。