CS8190：精密空心轴转速/速度计驱动器的技术剖析

在电子工程师的设计工作中，一款性能出色的转速/速度计驱动器至关重要。今天我们就来深入探讨 ON Semiconductor 推出的 CS8190 精密空心轴转速/速度计驱动器，看看它有哪些独特之处。

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一、CS8190 概述

CS8190 专为空心轴仪表机芯设计，能够为模拟转速计或速度计提供所需的全部功能。它接收速度传感器输入，生成与正弦和余弦相关的输出信号，以差分方式驱动空心轴仪表。相较于行业标准的转速计驱动器（如 CS289 或 LM1819），CS8190 有诸多改进。其输出采用差分驱动器，无需齐纳参考，还能提供更大的扭矩；可承受 60V 瞬态电压，减少了所需的保护电路；精度更高，减少了微调需求，适用于速度计。

二、特性亮点

2.1 直接传感器输入

可直接连接速度传感器，简化了电路设计，提高了信号传输的准确性。

2.2 高输出扭矩

能够为指针提供足够的驱动力，确保指针稳定、快速地响应输入信号，减少指针抖动。

2.3 低指针抖动

通过优化电路设计和信号处理，有效降低了指针的抖动，使读数更加清晰、准确。

2.4 高输入阻抗

减少了对输入信号源的影响，提高了输入信号的质量。

2.5 过压保护

可承受 60V 瞬态电压，保护芯片免受电压冲击，提高了系统的可靠性。

2.6 归零功能

当输入信号消失或电源电压过低时，指针能够自动回到零位，方便用户使用。

2.7 环保封装

采用无铅、无卤素/BFR 且符合 RoHS 标准的封装，符合环保要求。

三、电气特性

3.1 电源电压部分

• 电源电流（ICC）：在 VCC = 16V、-40°C 且无负载的情况下，典型值为 50mA，最大值为 125mA。
• 正常工作电压范围（VCC）：8.5V 至 16V。

  3.2 输入比较器部分

• 正输入阈值：典型值为 2.0V，范围在 1.0V 至 3.0V 之间。
• 输入迟滞：典型值为 500mV，最小值为 200mV。
• 输入偏置电流：在 0V ≤ VIN ≤ 8.0V 时，范围为 -10μA 至 -80μA。
• 输入频率范围：0 至 20kHz。

  3.3 电压调节器部分

• 输出电压：典型值为 7.00V，范围在 6.25V 至 7.50V 之间。
• 输出负载电流：最大为 10mA。
• 输出负载调节：在 0 至 10mA 负载变化时，典型值为 10mV，最大值为 50mV。
• 输出线调节：在 8.5V ≤ VCC ≤ 16V 范围内，典型值为 20mV，最大值为 150mV。

  3.4 电荷泵部分

• 反相输入电压：典型值为 2.0V，范围在 1.5V 至 2.5V 之间。
• 输入偏置电流：典型值为 150nA，最小值为 40nA。

  3.5 函数发生器部分

• 归零阈值：在 TA = 25°C 时，典型值为 6.0V，范围在 5.2V 至 7.0V 之间。
• 差分驱动电压：在 8.5V ≤ VCC ≤ 16V 时，不同相位下的典型值在 5.5V 至 7.5V 之间。

四、引脚功能描述

CS8190 有 PDIP - 16 和 SO - 20W 两种封装，各引脚功能明确。例如，CP + 为电荷泵正输入；SQOUT 为缓冲方波输出信号；FREQIN 为速度或 RPM 输入信号等。了解这些引脚功能对于正确使用 CS8190 至关重要。

五、电路描述与应用注意事项

5.1 电路组成

CS8190 主要由输入比较器、电荷泵、带隙电压调节器和函数发生器等部分组成。输入信号通过高阻抗比较器处理后，经电荷泵进行频率 - 电压转换，再由函数发生器生成正弦和余弦输出电压，以差分方式驱动仪表线圈。

5.2 应用注意事项

• 若需要归零功能，需连接一个大于 2000μF 的电容到 VCC 引脚（C2）。
• CCP 和 RT 的乘积直接影响转换函数和温度补偿，CCP 范围为 20pF 至 0.2μF，RT 范围为 100kΩ 至 500kΩ。
• 芯片必须防止超过 60V 的瞬态电压和反接电池情况。
• FREQIN 引脚上可能需要额外的滤波。
• 仪表线圈与芯片的连接应尽量短（≤3.0 英寸），以确保指针稳定性。

六、设计示例

以最大仪表偏转 270°、最大输入频率 350Hz 为例：

6.1 选择 Rr 和 CCP

根据公式 (theta = 970 × FREQ × C{CP} × R{T}=270^{circ})，设 (C{CP}=0.0033 mu F)，可计算出 (R{T}=243 k Omega)，实际应用中可使用 250kΩ 电位器进行微调。

6.2 选择 R3 和 R4

R3 用于设置电压调节器的输出电流，选择 (R 3=3.3 k Omega)，可确保电流不超过 10mA。同时，要保证 (C_{CP}) 在输入信号的每个周期内能够完全充电和放电，选择 (R 4=1.0 k Omega)。

6.3 确定 C4

C4 的选择要兼顾最大允许纹波电压和仪表运动的响应时间，选择 (C 4=0.47 mu F) 时，F/V 纹波电压为 44mV。

七、总结

CS8190 是一款功能强大、性能出色的精密空心轴转速/速度计驱动器。它在电气特性、功能特性和应用灵活性方面都有出色的表现。电子工程师在设计转速计或速度计系统时，CS8190 是一个值得考虑的选择。大家在实际应用中是否遇到过类似芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。