Richi´s Lab

 

PMI AMP01FX

 

PMI AMP01FX

PMI AMP01FX

Der AMP01 ist ein von Precision Monolithics entwickelter Instrumentenverstärker, der heute noch über 20€ kostet und mittlerweile von Analog Devices vertrieben wird.

 

Datenblattausschnitt

Das Datenblatt zeigt den internen Aufbau und beschreibt ausführlich die herausragenden Eigenschaften des Instrumentenverstärkers.

Der enthaltene Differenzverstärker ist in zwei Zweige aufgespaltet. Über einen Widerstand zwischen den Anschlüssen Rg lässt sich der Verstärkungsfaktors einstellen. Diese Schaltung wird als "cross degeneration" oder "pi degeneration" bezeichnet.

Die beiden Zweige werden über zwei Stromquellen versorgt. Ebenso befinden sich zwei Stromquellen an den unteren Enden der Differenzverstärkerzweige. Je symmetrischer die Stromquelle arbeiten, desto besser sind die Eigenschaften des Operationsverstärkers. Das Verhältnis der Ströme lässt sich daher einzeln für das obere und das untere Paar justieren.
Über das Stromverhältnis unterhalb der Eingangstransistoren lässt sich die Offsetspannung am Ausgang einstellen, da unterschiedliche Ströme an dieser Stelle noch mit dem Verstärkungsfaktor des gesamten Differenzverstärkers multipliziert werden. Für geringe Verstärkungsfaktoren ist das bereits ausreichend. Bei höheren Verstärkungsfaktoren kann zusätzlich über das Stromverhältnis der oberen Stromquellen die Offsetspannung am Eingang kompensiert werden.

Unterhalb der Eingangstransistoren befindet sich zwei weitere Transistoren, die Einfluss auf die Signale in den Zweigen nehmen. Auf der rechten Seite ist das Sense-Potential angeschlossen, das direkt mit dem Ausgang oder bei einer Vierdrahtverkabelung mit dem eigentlichen Zielpunkt des Ausgangssignals verbunden wird. Da der Instrumentenverstärker relativ hohe Ströme treiben kann, ist eine solche Rückkopplung des Ausgangssignals durchaus sinnvoll. Den Transistor im linken Pfad steuert der Reference-Pin. Dieses Potential kann direkt auf die lokale Masse oder mit Vierdrahtverkabelung auf das Bezugspotential am Zielpunkt des Ausgangssignals bezogen werden. Wie beim Ausgangssignal ist es so möglich Potentialunterschiede zwischen dem Instrumentenverstärker und dem eigentlichen Nutzer des Ausgangssignals zu kompensieren.
Die Pegel des Sense- und des Reference-Potentials werden über Spannungsteiler angepasst, die auf dem Chip selbst integriert sind. Die Spannungsteiler sind notwendig, damit die unteren Bereiche des Differenzverstärkers die potentiell hohen Ausgangspannungen verarbeiten können. Am Reference-Pin liegt keine derart hohe Spannung an, dennoch wurde auch auf dieser Seite ein baugleicher Spannungsteiler integriert. Durch diesen Aufbau ist eine bestmögliche Symmetrie sichergestellt. Temperaturdrifts wirken sich auf beide Seite gleich aus und kompensieren sich gegenseitig. Aus dem selben Grund wurden die Spannungsteiler überhaupt auf dem Chip integriert. So sind auch bei den Widerständen möglichst gleiche Eigenschaften und eine gleiche Temperatur der Bauteile sichergestellt. Die beiden Operationsverstärker zwischen den Spannungsteilern und den Differenzverstärkerzweigen sorgen dafür, dass die relativ hochohmigen Spannungsteiler nicht belastet werden, was ihre Linearität verschlechtern würde.

Um Temperaturdrifts des Systems noch weiter zu reduzieren, befinden sich im Differenzverstärkerpfad unterhalb der Anschlüssen Rg die Anschlüsse Rs. Der Widerstand Rg stellt die lokale, negative Rückkopplung für die Eingangstransistoren dar und daher ergibt sich mit einem niedrigen Widerstandswert ein hoher Verstärkungsfaktor. Der Widerstands Rs wirkt ebenfalls als lokale, negative Rückkopplung, allerdings auf die Transistoren der globalen, negativen Rückkopplung. Das führt dazu, dass mit einer Erhöhung des Widerstands Rs der Verstärkungsfaktor steigt. Der gegensätzliche Einfluss auf die Verstärkung hat den äußerst wünschenswerten Effekt, dass thermische Drifts der Widerstände sich ausgleichen, solange die Temperaturkoeffizienten und die Temperaturen der Widerstände Rg und Rs gleich sind.

Am Ausgang des Differenzverstärkers befindet sich ein Pufferverstärker. Zum einen ist so ausgeschlossen, dass die Last am Ausgang des Differenzverstärkers sich negativ auf dessen Spezifikationen auswirkt. Zum anderen ermöglicht es der Pufferverstärker auch höhere Lasten an den Instrumentenverstärker anzuschließen. Das kann ein 50Ohm-System sein, es kann sich aber auch nur um eine längere Übertragungsstrecke mit einem relativ großen kapazitiven Belag handeln.

 

Datenblattausschnitt

Sogar eine Abbildung der Metallisierungslage ist im Datenblatt dargestellt.

 

PMI AMP01FX Die

Das tatsächlich vorliegende Die entspricht ziemlich genau der Darstellung im Datenblatt. Neben dem Markenzeichen PMI findet sich in der Metalllage das Jahr 1987, außerdem die Ziffernfolgen DFB, GBW und ein M. Bei den dreistelligen Abkürzungen könnte es sich um die Kürzel der Entwickler handeln.

 

PMI AMP01FX Maskenmarker

Es scheint sich um einen Prozess mit acht Masken zu handeln, in dem eine Metalllage enthalten ist.

 

PMI AMP01FX Fuses

In der oberen linken Ecke befinden sich fünf ungenutzte Bondpads, auf der unteren Kante sind noch einmal sechs solcher Pads platziert. Bei genauerer Betrachtung zeigt sich, dass diese Pads nicht zur Kontaktierung mit Bonddrähten eingefügt wurden, sondern zum Justieren einzelner Schaltungsteile nach der Produktion. Integrierte Schaltungen unterliegen immer gewissen Toleranzen, die sich bei einigen Schaltungen negativ auswirken können. Eine Möglichkeit damit umzugehen ist das Justieren der fertigen integrierten Schaltkreise.
Auf den Pads sind die Kratzspuren der Kontaktierungsnadeln zu erkennen. In dem breiten, dunklen Bereich befindet sich diverse Widerstände. Die Konturen lassen sich gerade so erahnen. Von diesen Widerständen führen Leitungen der Metalllage zu den Kontaktierungspads. Rechts beziehungsweise unterhalb der beiden hier dargestellten Pads befindet sich jeweils ein kleines Element, das das zugehörige Pad mit einem gemeinsamen Potential verbindet. Üblicherweise handelt es sich um eines der Versorgungspotentiale. Hier ist es das Potential V+. Die Elemente bestehen aus zwei Vias, die eine andere Lage kontaktieren, wo meist ein sehr dünner Streifen eines leitfähigen Materials die beiden Vias verbindet. Lässt man einen relativ hohen Strom von den Abgleichpads zum gemeinsamen Potential fließen, so wird der dünne, leitende Streifen überlastet und brennt durch. Meist handelt es sich um mehrere Brücken, die einen Teil eines Spannungsteilers an verschiedenen Stellen überbrücken. Zerstört man nun diese Brücken, so kann man den Teilerfaktor des Spannungsteilers anpassen.

Drei Schaltungsblöcke lassen sich über solche Strukturen anpassen. Hier dargestellt sind die zwei Elemente, die sich an der unteren Kante mittig befinden und in einen Block eingreifen, in dem einige Stromquellen dargestellt sind, die viele Schaltungsblöcke versorgen.
Die drei Justageelemente unten links und das eine Element ganz rechts beeinflussen die großen, unteren Stromquellen in den Zweigen des Differenzverstärkers.
In der oberen linken Ecke des Chips befinden sich fünf Justageelemente, die die oberen zwei Stromquellen des Differenzverstärkers einstellbar machen.

 

PMI AMP01FX Eingangstransistoren

Das obere und das untere Bondpad stellen die Eingänge dar, die nicht zwei, sondern vier Transistoren zugeführt werden, die über Kreuz parallel geschaltet sind. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, dass sich die Transistoren im Mittel möglichst gleich erwärmen und sich so die temperaturbedingten Drifts aufheben können. Die unmittelbare Nähe sorgt gleichzeitig dafür, dass die Transistoren den gleichen Fertigungstoleranzen ausgesetzt sind und sich so auch diese Abweichungen vom Ideal ausgleichen.

Die Anschlüsse des externen Widerstands Rg sind hier mittig zu sehen. Der Widerstandswert kann sehr klein sein (bis zu 100Ohm). Aus diesem Grund sind die zugehörigen Pins über jeweils zwei Bonddrähte angebunden, was die Impedanz reduziert.

 

PMI AMP01FX Detail

An der oberen und unteren rechten Ecke der Eingangstransistoren befinden sich bereits die Transistoren, die die Rückkopplungen des Sense- und des Referencepins in die Differenzverstärkerpfade einsteuern. Von links trifft das Emitterpotential des Eingangstransistors ein, das ganz rechts auch noch für andere Schaltungsteile zur Verfügung steht. Die runde Struktur, die von einem quadratischen Metallkontakt überlagert ist, stellt den Emitter dar. Der Kontakt darüber kann je nach Aufbau die Basis oder den Kollektor darstellen. Hier dürfte es sich auf Grund der umgebenden Schaltung um den Kollektor handeln.

 

PMI AMP01FX untere Stromquellen

Die unteren Stromquellen sind über vier über Kreuz parallel geschaltete Transistoren in der Mitte des Dies dargestellt. Ihnen wird an der Basis eine konstante interne Spannung zugeführt, die auch für andere Stromquellen des Messverstärkers genutzt wird. Die Kollektoren stellen für den Differenzverstärker konstante Stromflüsse dar, die zu den Emittern fließen. An den Emittern sind sowohl interne, abgleichbare Widerstände angeschlossen, als auch die Voos-Pins. Ist die Offsetspannung des Messverstärkers nicht ausreichend niedrig, so kann sie nachträglich, extern über die Voos-Pins abgeglichen werden.
Interessant ist die Tatsache, dass die Zuleitungen der Emitter über Schleifen längenkompensiert sind. Da das Verstärkungs-Bandbreitenprodukt 26MHz beträgt und Fehler an dieser Steller sich mit dem Verstärkungsfaktor multiplizieren, ist die Anpassung der Hochfrequenzeigenschaften sicherlich sinnvoll.

 

PMI AMP01FX Fuses

Der Widerstand, der zur Stromquelle im linken Pfad gehört lässt sich über die unteren, linken drei Abgleich-Pads justieren. Der Widerstand selbst ist in dieser Darstellung nicht zu sehen. Er befindet sich in den zwei freien Bereichen oberhalb der Abgleich-Pads. Das Abgleich-Pad rechts ermöglicht zusätzlich eine Justage der Stromquelle im rechten Pfad des Differenzverstärkers.
Die beiden Bonddrähte lassen eine externe Justage zu. Interessant ist, dass diese beiden Pads über kleine, hier auch kaum sichtbare, Widerstände mit den restlichen Strukturen verbunden sind. Um Schutzstrukturen handelt es sich höchstwahrscheinlich nicht, schließlich sind finden sich auch an den anderen Pads keine Schutzstrukturen. Vermutlich sollen die Widerstände verhindern, dass über die Kontakte Störungen in den empfindlichen Schaltungsteil eingespeist werden, wenn die Pins nicht zum Abgleich genutzt werden und entsprechend unbeschaltet bleiben.

 

PMI AMP01FX obere Stromquellen

Im oberen linken Bereich des Dies befinden sich die Vios-Stromquellen der oberen Pfade, die sich über die beiden Bonddrähte an der oberen Kante justieren lassen. Die fünf Abgleich-Pads ermöglichen die Justage der Stromquellen während der Fertigung. Wie bei den unteren Stromquellen befinden sich auch hier kaum sichtbare Widerstandsschleifen zwischen den aktiven Elementen und dem umlaufenden Masserahmen. Tatsächlich werden mit den Abgleich-Strukturen aber nicht Stromquellen, sondern Stromsenken zur Masse hin justiert.
Die Stromquellen selbst befinden sich im unteren Bereich des Chips, von wo die Ströme in die obere, linke Ecke transportiert werden. Über zwei größere Transistoren, die durch ihre größeren, runden Emitteranschlüsse zu erkennen sind, werden die Ströme anscheinend noch einmal nachgeregelt. Widerstände und die zwei deutlich sichtbaren Kondensatoren gehören zu dieser Schaltung. Interessant ist, dass über diesen Abzweig ein Teil des Strom nicht zur Masse, sondern zum Rg-Anschluss abgeleitet wird. Sind diese Ableitströme in beiden Zweigen gleich groß, so haben sie im ersten Moment keinen Einfluss auf die Eigenschaften des Messverstärkers. Entweder passt sorgt diese zusätzliche Schaltung für eine Optimierung des Arbeitsbereich der restlichen Schaltung oder der Strom kompensiert Schwächen an anderen Stellen.

Hier wird auch das noch nicht gepufferte Ausgangssignal abgegriffen und nach unten weg geführt.

Die Kollektorbereiche der zwei größeren Transistoren bieten gleichzeitig den Raum für die Schutzdioden der Eingangstransistoren.

In diesem Bereich befinden sich vier zusätzliche Stromsenken, die jeweils aus einem Transistor bestehen und ein konstantes Potential nutzen, das auf dem Die an vielen Stellen verfügbar ist. Jeweils zwei Stromsenken bilden eine Hälfte der Arbeitspunkteinstellung an der Basis der Rückkopplungstransistoren und an den Rg-Anschlüssen.

 

PMI AMP01FX Detail

Der zweite Teil der Arbeitspunkteinstellung liegt rechts neben den Stromsenken. Von unten ist das Versorgungspotential an vier kaum sichtbare Widerstände im optisch freien Bereich mittig angebunden. Die Widerstände führen zu zweimal vier teilweise nur als Dioden genutzten Transistoren. Zwei der Pull-Up-Strukturen sind an die Kollektoren der Rückkopplungstransistoren angebunden.

Bei den anderen beiden Pull-Up-Strukturen, die an die Basisanschlüsse der Rückkopplungskondensatoren angebunden sind, lassen sich die Details der zweiten Transistoren nicht vollständig erkennen. Dort wird auch das vorverarbeitete Sense- und Reference-Signal eingespeist. Direkt über und links der Pull-Up-Strukturen befinden sich zwei Kondensatoren, die an jedem der zwei Transistoren einen Teil überbrücken. Es dürfte sich hier um eine lokale, negative Rückkopplung handeln, die hochfrequente Schwingungen unterdrücken soll.

 

PMI AMP01FX differentieller Abgriff

Der differentielle Abgriff des Signals unterhalb der oberen Stromquellen wird über jeweils zwei Transistoren entgegen genommen. Diese Transistoren befinden sich rechts der Eingangstransistoren. Oberhalb und unterhalb sind die Rückkopplungstransistoren platziert. Diese Anordnung wurde sicher bewusst gewählt, um Temperaturdrifts gering zu halten und Kompensationseffekte ausnutzen zu können. Gerade in der ersten Stufen des Ausgangsverstärkers haben Nichtlinearitäten und Drifts einen sehr großen Einfluss auf die Gesamtleistung des Verstärkers.

Die Verschaltung ähnelt einem Darlington-Transistor in Basisschaltung. Das erscheint logisch, da die Ausgänge des Differenzverstärkers Stromquellen darstellen, für die eine möglichst niederohmige Last ideal ist.

Während sich Basis und Emitter der beiden Transistorpaare direkt untereinander befinden, sind jeweils zwei gemeinsame Kollektoranschlüsse rechts und links mit einem gewissen Abstand angeordnet. Die aktive Fläche lässt sich über die Kanten entsprechend als dreiecksähnliche Form erahnen.

 

PMI AMP01FX Ausgangspuffer

Unterhalb des unteren Rückkopplungstransistors ist ein weiterer Block des Ausgangspuffers verortet. Vier Transistoren befinden sich in einem an das positive Versorgungspotential angebunden aktiven Bereich.
Die ersten beiden Transistoren sind an der Basis mit anderen Transistoren des Instrumentenverstärkers verbunden, wodurch in diesen Bereichen ein gleich hoher Stromfluss garantiert ist. Die Stromquellen stellen anscheinend den Arbeitspunkt der folgenden Schaltung ein, da sie direkt mit dem Nutzsignal verknüpft sind. Darunter folgen zwei größere Transistoren. An deren Emittern wird das Nutzsignal nach oben rechts abgeführt.
Unter diesen Transistoren befinden sich zwei weitere Transistoren, deren Basen miteinander verbunden sind und wo eine Art Gleichtaktrückkopplung des Ausgangs angeschlossen ist. Die links sichtbaren größeren Transistoren stellen als Stromsenken den Abschluss dieses Teils des Ausgangsverstärkers dar.

Einen interessanten Schaltungsblock bilden die beiden größeren Transistoren in der oberen rechten Ecke, die das Ausgangssignal weiterleiten. Sie erhalten ihre gemeinsame Versorgungsspannung über zwei kaum sichtbare, kurze Widerstände. Dieses Versorgungspotential ist allerdings nicht konstant wie man es erwarten würde.

 

PMI AMP01FX Detail

Das variable Versorgungspotential der beiden eben beschriebenen Transistoren generieren vier große, über Kreuz verbundene Transistoren. Die Basen dieser Transistoren sind an die Kollektoren der Darlingtontransistoren angebunden, die das Nutzsignal ursprünglich aus den Zweigen des Differenzverstärkers auskoppeln. An den Emittern befindet sich jeweils ein Widerstand, der rechts neben den oberen Transistoren untergebracht und mit dem Versorgungspotential verbunden ist. Ein weiterer, darüber befindliche Widerstand lässt das Versorgungspotential eine Parallelschaltung aus vier Dioden durchlaufen und bindet es an den gemeinsamen Kollektor der vier großen Transistoren an. Der Kollektor ist letztlich auch der Ausgang, der die variable Versorgung darstellt.
Interessant ist, dass die Schaltung das differentielle Signal als Eingang nutzt, aber nur eine Summe der Signale ausgibt. Es scheint, dass hier abhängig vom Gleichtaktpegel die Verstärkung des Nutzsignals anpasst wird. Ein besonderer Umgang mit Gleichtaktsignalen erscheint nur logisch, da das Datenblatt eine enorme Gleichtaktunterdrückung von typisch 130dB angibt.

An die Kollektorknoten ist zusätzlich jeweils ein Kondensator angeschlossen, die hier rechts und links oben deutlich zu erkennen sind. Der rechte Kondensator ist mit dem Ausgang des Instrumentenverstärkers verbunden und stellt so eine Rückkopplung dar, die vermutlich hochfrequente Schwingungen unterdrücken soll. Der linke Kondensator ist nur mit dem Versorgungspotential verbunden und sorgt wahrscheinlich für die notwendige Symmetrie in den Zweigen.

 

PMI AMP01FX Übergabe zum Ausgangstreiber

Das Ausgangssignal wird zur oberen Kante des Chips geleitet, wo sich ein Stromspiegel befindet, der bereits mit dem Bezugspotential des Ausgangs arbeitet.
Am Stromspiegel wird das Nutzsignal über eine einzelne Leitung ausgekoppelt und nach rechts zum Leistungsteil des Instrumentenverstärkers weitergeleitet. Ein Kondensator speist auch hier eine Rückkopplung des Ausgangssignals ein.

 

PMI AMP01FX Reference- und Sensewiderstände

Der Reference- und der Sense-Eingang am rechten Rand führen jeweils zu einem Spannungsteiler, die wie die anderen Widerstände auch kaum sichtbar sind. Bei den kurzen Metallstreifen könnte es sich um Symmetrierungselemente handeln, die innerhalb der Widerstände für eine gleichmäßige Stromverteilung sorgen.

Links von diesen Widerständen folgen wieder vier über Kreuz verbundene Transistoren. Die Kollektoren sind nach unten verlängert, von wo die Signale zu den Stromquellen geführt werden, die die Arbeitspunkteinstellung der Rückkopplungstransistoren einstellen. Der als Operationsverstärker dargestellte Puffer für das Sense- und das Reference-Potential ist folglich relativ schlank aufgebaut.

 

PMI AMP01FX allgemeine Stromquellen

Im unteren Bereich des Halbleiters befinden sich mittig viele Stromquellen, die einige Schaltungsteile versorgen. Dabei sind an das Versorgungspotential Widerstände angeschlossen, die zu Strukturen führen, die vermutlich als Dioden agieren, auf die dann Transistoren folgen. Die Basisanschlüsse der Transistoren sind miteinander verbunden, wodurch sich gleiche oder zumindest proportionale Ströme in den Schaltungen einstellen.

 

PMI AMP01FX Justageblock

Einer der Pins am Package wird laut Datenblatt als Testpin in der Produktion genutzt. Der Pin ist an ein Pad in der unteren rechten Ecke angebunden. Das Potential dieses Pads wird aus den Ausgängen von vier größeren Transistoren ganz rechts erzeugt. Im Detail handelt es sich um einen Darlington-Transistor, bestehend aus den großen, mit einem Kontaktierungsgitter ausgestatteten Transistoren und den links darauf folgenden kleinen Transistoren. Alle Transistoren befinden sich in einer Wanne, die großflächig vom Testpad kontaktiert wird. Somit sind alle Kollektoren miteinander verbunden.
Das Eingangssignal wird den kleinen Transistoren von links zugeführt, verstärkt und in die Basis der größeren Transistoren eingespeist. Durch diesen Aufbau ist sichergestellt, dass die Signalquelle so wenig wie möglich belastet wird. Die Signalquelle stellen vier kleinere, im Quadrat angeordnete Transistoren links dar, die für eine weitere Entkopplung sorgen. Die Emitter sind relativ massiv miteinander und mit dem Versorgungspotential verbunden. Als Eingangssignale dienen die vier Steuersignale, die die vier Stromquellen abgleichen.

Es wäre denkbar, dass der Testpin zum Abgleich des Messverstärkers vor dem Einbau in das Gehäuse genutzt wird. Das kann zwar durchaus sein, erklärt aber noch nicht warum das Potential im Package nach außen geführt wurde.
Der AMP01 wird in verschiedenen Qualitätsstufen vertrieben. Sie unterscheiden sich bezüglich dem zulässigen Betriebstemperaturbereich. Es ist denkbar, dass nach der Fertigstellung des Chips mittels des Testpins die Qualität des Messverstärkers über verschiedene Temperaturen geprüft wird und dann die entsprechende Eingruppierung stattfindet.

Die großen Transistoren rechts bergen noch einige interessante Besonderheiten. Die Emitter sind fast direkt mit dem Massepotential verbunden. Kurz vor dem Massepotential befindet sich ein kleines quadratisches Element, dass den Elementen sehr ähnelt, die das Justieren der Widerstände ermöglichen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass nach der Prüfung des fertigen Chips die Trennstellen ausgelöst werden. Das lässt sich zum Beispiel bewerkstelligen, indem man einen hohen Abgleichpegel an die Stromquellen anlegt und den Testpin niederohmig an das Versorgungspotential anbindet. Von dort würde dann ein hoher Strom über die großen Transistoren zur Masse abfließen und die Trennelemente auslösen.
Das man mit diesen Trennstellen spätere Vermessungen des Chips unmöglich machen wollte ist unwahrscheinlich, da sich die Spezifikationen des Messverstärkers auch ohne einen Zugriff auf die spezielle Teststruktur prüfen lassen. Wahrscheinlicher ist, dass die Teststruktur das Potential hat die Eigenschaften des Messverstärkers zu verschlechtern. Zwar sind hier drei Transistoren in Reihe geschaltet, dennoch kann ein Signal am Testpin die Darlingtonschaltung aussteuern und zu einem proportionalen, zusätzlichen Strom in den Justagekreisen der Stromquellen führen.
Zu dieser Erklärung passt, dass von den Emittern der vier großen Transistoren, neben den Massepfaden noch ein hochohmiger Pfad über jeweils einen länglichen Widerstands existiert. Dieser Pfad führt bei den Voos-Stromquellen jeweils zu einem Spannungsteiler, der sich zwischen dem Justagepotential und der Masse befindet. Im Bild hier ist einer der Widerstand beim zweiten Bondpad von links in der linken unteren Ecke zu erahnen. Über die hochohmige Masseanbindung können unabhängig vom Potential des Test-Pins nur noch sehr kleine Ströme fließen, die heruntergeteilt durch die Verstärkungsfaktoren der Transistoren verschwindend geringe Ströme in den Justagestromkreisen verursachen. Dass zusätzlich eine minimale Rückkopplung in die Justagestromkreise erfolgt, kann zwei Gründe haben. Es könnte sein, dass die Teststruktur auch in dieser Verschaltung noch die Justagekreise beeinflusst, und daher eine Kompensation notwendig war. Ebenso ist denkbar, dass die Teststruktur zu Schwingungen führen könnte, was die Rückkopplung unterdrückt.

 

PMI AMP01FX Ausgangstreiber

Der Ausgangstreiber besteht aus zwei großen Transistoren, die mit der zusätzlichen Ausgangsversorgungsspannung betrieben werden. Rechts befindet sich hier der Lowside-Transistor, links der Highside-Transistor. Der Lowside-Transistor speist nicht direkt in den Ausgang ein, sondern durchläuft eine relativ große Struktur unten rechts im Bild. Auf Grund der optischen Erscheinung könnte es sich um eine Diode handeln. In Push-Pull-Endstufen sind solche Dioden oftmals als Schutz der Basis-Emitter-Strecke installiert, allerdings üblicherweise im Highside-Pfad.

In jedem Leistungspfad der Endstufe befindet sich eine Strombegrenzungen aus jeweils zwei Elementen. Für den Highside-Transistor sind die Bauteile unterhalb der beiden Endstufen angeordnet. Die zweite Strombegrenzung befindet sich oberhalb des Lowside-Transistors. Das größere Element stellt einen Shunt-Widerstand dar, an dem eine dem Ausgangsstrom proportionale Spannung abfällt. Diese Spannung steuert einen kleinen Transistor, der die Basis des jeweiligen Leistungstransistor zum Ausgang hin kurzschließt.

Während der Lowside-Transistor direkt mit dem Ausgangssignal aus dem linken Teil des Chips ausgesteuert wird, durchläuft dasselbe Signal zur Ansteuerung des Highside-Transistors noch weitere Schaltungsteile. Der Treiber des Highside-Transistors ist letztlich eine immer noch relativ große Struktur unterhalb des Highside-Transistors.

 

PMI AMP01FX Übertemperaturabschaltung

Der Schaltungsteil im oberen, rechten Bereich des Chips stellt die im Datenblatt beschriebene Übertemperaturabschaltung dar. Letztlich werden bei Übertemperatur die Basispotentiale der Ausgangstransistoren kurzgeschlossen.

 

PMI AMP01FX mit Markierungen

Die Komplexität des Messverstärkers ist nicht unerheblich. Das farbige Markieren der unterschiedlichen Potentiale erleichtert die Analyse. An einigen Stellen wären höherwertigere Abbildungen notwendig, um die letzten Details erkennen zu können.

 

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