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Operationsverstärker für den Automotive-Einsatz von STMicroelectronics

Erstellt von Thomas Bolz |

Operationsverstärker lassen sich extrem vielseitig einsetzen – so auch im Automobil. Doch längst nicht alle Hersteller erfüllen die hohen Anforderungen, die hier an die Bauteile gestellt werden.

Um Platz und Gewicht zu sparen, werden die Komponenten im Auto meist sehr nahe an ihren Funktionseinheiten platziert. Das bedeutet häufig, dass sie Temperaturen von bis zu 150°C standhalten müssen. Zudem sind platzsparende Gehäuse wie DFN, QFN oder MiniSO gefragt. Ein Muss ist in jedem Fall die Erfüllung der AEC Q100 und Q101 Standards sowie Testmethoden nach Q001 "Guidelines for Part Average Testing" (PAT) beim EWS (Electrical Wafer Sorting) und Q002 "Guidelines for Statistical Yield Analysis" (SYA). Manchmal sind sogar Screening und Test-Methoden gefordert, die über die AEC Q100 hinausgehen, wie z.B. ein 100% Heißtest bei 125°C zu einem späten Zeitpunkt der Produktion, in der Regel während des Verpackens und Testens.

Außerdem müssen die Hersteller nach ISO/TS 16949 zertifiziert sein. Ein besonders wichtiges Element der Norm ist das Produktionsteil-Abnahmeverfahren (Production Part Approval Process, PPAP), das mit Hilfe von Bemusterungen eine gleichbleibende Qualität der Serienteile sicherstellen soll. STMicroelectronics erfüllt nicht nur alle diese Anforderungen, sondern bietet mit seiner großen Bandbreite an Operationsverstärkern auch für jeden Einsatzzweck eine optimale Lösung.

 

Umfangreiche Tests sichern Qualität

Um eine hohe Teilequalität zu gewährleisten, führt ST mit eigenem Equipment parametrische Tests von sehr geringen bis zu sehr hohen Strömen und Spannungen auf hohem Niveau durch. Hinzu kommt ein 100% elektrischer Test mit einer sehr großen Testabdeckung, der zudem mit einer automatisierten optischen Inspektion kombiniert wird. Um auch Teile aussortieren zu können, die zwar als gut getestet wurden, aber eventuell Schwächen in ihrer Zuverlässigkeit aufweisen könnten, führt der Hersteller weitere Tests durch; außerdem einen Heißtest, die Überprüfung der Verbindungen (Junction Verification Test, JVT) sowie eine Abschlussprüfung. Sowohl die Produktentwicklung als auch die Test- und anderen Qualitätsprozesse basieren auf der Erfahrung, die ST in der langen Zusammenarbeit mit verschiedenen Tier1-Zulieferern gewonnen hat.

 

Mehr Sicherheit, mehr Komfort

So führt ST ein breites Portfolio an Automotive-qualifizierten Leistungsverstärkern, die Palette reicht von Standard-Verstärkern über High Speed, High Drive, Low Power und Low Noise bis zu High Precision Modellen. Sie lassen sich schnell und einfach in die Signalaufbereitung integrieren. Zusammen mit Automotive Sensoren können sie die Sicherheit erhöhen und mehr Komfort für den Fahrer bieten. Ein paar Beispiele:

  • Für die Winkelmessung der Lenkung oder des EPS ist der TSX564IYPT mit einem Ausgangsstrom von typischerweise 90mA ideal, um Spulen anzutreiben. Er ist im kleinen DFN8 Gehäuse mit nur 2x2mm2 Grundfläche und im QFN16 Gehäuse mit 3x3mm2 erhältlich.

  • Bei der Low-Side-Strommessung für die Motorsteuerung bietet der TSZ124IYPT dank niedriger Eingangsoffsetspannung von unter 5µV bei 25°C die Möglichkeit, den Widerstandswert und damit die Kosten des Shunts zu reduzieren.

  • Für die Selektive Katalytische Reduktion (SCR) benötigt der NOx Sensor einen Operationsverstärker wie den TSV912HYDT mit einem extrem weiten Betriebstemperaturbereich von -40 bis 150°C. Er arbeitet bei geringer Betriebsspannung und bietet zudem ein hervorragendes Verhältnis von Geschwindigkeit und Leistungsaufnahme mit 8MHz Verstärkungsbandbreite bei einem Verbrauch von lediglich 1,1mA bei 5V. "Damit eignet er sich auch bestens z.B. als Einklemmschutz des Fensterhebers im Fahrzeug. Dabei wird der Motorstrom mit einem Shunt-Widerstand gemessen und durch den Operationsverstärker in Spannung umgewandelt. Wird die Fensterscheibe angehalten, steigt der Strom und somit auch die Spannung an. Durch einen Spannungsvergleich kann das Steuergerät reagieren", so Bolz.

  • Um eine hohe Qualität des Audiosignals sicherzustellen, empfehlen sich die Serien S922 und TS922A mit geringem Rauschen (9nV/√ Hz). Auch in Sachen Verzerrung und Offset können sie mit sehr niedrigen Werten punkten. Die Dual-BiCMOS Rail-to-Rail Operationsverstärker sind für den 3V und 5V Betrieb optimiert und spezifiziert. Durch ihre hohen Ausgangsströme ermöglichen sie Schwachlastimpedanzen.

  • Ideal für die Kombination mit Regen- und Licht-Sensoren sind die Serien TSV630 und TSV631. Mit ihrem geringen Eingangsruhestrom von unter 10pA bei 25°C, bzw. unter 100pA bei 125°C gewährleisten sie eine außerordentliche Genauigkeit ohne den Diodenstrom zu beeinflussen. Da sie zudem über eine geringe Offset-Spannung verfügen, eignen sie sich auch für andere Applikationen, die eine hohe Präzision erfordern.

Das Automotive Op Amps Sample Kit von ST ist bei Rutronik verfügbar und wird vom technischen Support unterstützt. Zudem hat Rutronik für diese Applikationen - und mehr -nicht nur die Operationsverstärker im Programm, sondern auch spezielle Sensoren und Mikrocontroller. Damit kann der Distributor perfekt abgestimmte Lösungen für seine Kunden zusammenstellen.

 

Automotive-Lösungen und Automotive-Support

Die Rutronik Automotive Business Unit (ABU) hat speziell für Automotive-Kunden zwölf Vorzugshersteller, die zu den am besten etablierten Automotive-Lieferanten zählen. Die ABU-Produktingenieure und -FAEs unterstützen die Kunden mit Fach- und Markt-Expertise bei der Auswahl. Dank Mitgliedschaft in dem von der PGUB Management Consultants GmbH betriebenen Netzwerk aus Tier1- und Tier2-Automobilzulieferern kennen die Experten der Rutronik ABU die aktuelle Marktsituation sowie Trends und Highlights. Zudem arbeiten sie eng mit den Komponentenherstellern zusammen, so dass sie ein tiefes Wissen zu den einzelnen Bauteilen haben und die Roadmaps der Hersteller kennen. Dabei verfolgt Rutronik einen Hersteller-neutralen Beratungsansatz, das heißt, dass Kunden immer auch Produktalternativen für eine Funktion bekommen, wann immer das möglich ist. Darüber hinaus unterstützt die ABU Kunden auch, wenn diese zusätzliche Kapazitäten für Entwicklung und Fertigung benötigen. Hierfür hat Rutronik ein Netzwerk aus Ingenieur-Dienstleistern für die Hard- und Softwareentwicklung sowie Auftragsfertigern für die Serienproduktion aufgebaut. Das heißt: Vom Operationsverstärker und anderen Bauteilen über Gesamtlösungen bis hin zur Entwicklung und Fertigung ist der Kunde bei der Rutronik ABU immer richtig!