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KP110

器件型号:KP110
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厂商名称:INFINEON [Infineon Technologies AG]
厂商官网:http://www.infineon.com/
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KP110器件文档内容

KP110

Absolute Pressure Sensor IC                                         KP110
Programmable Temperature Compensation and Calibration
On-Chip Signal Conditioning
Low Cost Bare Die Version

Data Sheet

357

Features
Ratiometric analog output
Programmable transfer function performed

   by customer
High accuracy over a large temperature range

   up to 1.2 kPa (10 ... 85 C)
CMOS compatible surface micromachining
Bare die

Specific transfer functions programmable
Broken wire detection

Type       Ordering Code                    Minimum Order Quantity
KP110      Q62705-K432                      1 Wafer

Product Description

The KP110 is a miniaturized absolute pressure sensor IC based on the capacitive
principle. It is surface micromachined with a monolithic integrated signal conditioning
circuit realized in the state-of-the-art 0.8 m BiCMOS technology. As the KP110 is a high
precision IC for cost critical solutions. High accuracy and high sensitivity enable the
dedication in automotive applications as well as consumer products.

In the automotive field the manifold air pressure (MAP) and barometric air pressure
(BAP) are important parameters to compute the air-fuel ratio provided to the engine and
for controlling spark advance to optimize engine efficiency.

Data Book                 1                                         2003-05
                                                                                            KP110

Pad Configuration
(top view of die)

Figure 1

Pad Definitions and Functions

Pad No.    Symbol              Function

1          SERIAL_CLK/ External clock for communication/

           PROG_VOLT Programming voltage

2          DTA_IN              Serial in

3          DTA_OUT             Serial out

4          VCC                 Supply voltage

5          (GND)               Alternative ground pad

6          VOUT                Analog pressure signal output

7          GND                 0 V circuit ground potential

The pads described in the shaded rows of the table above are used during calibration only.

Data Book                      2                                                            2003-05
                                                                  KP110

Die Data

Semiconductor material: Silicon
Surface passivation: Silicon-Nitride
Die thickness: 675 m
Die dimension: 4.30 mm x 3.34 mm
Pad metallisation: AlSiCu
Size of the bondpads (area free of passivation): 200 x 200 m
Rear side metallisation of the chips: no used
The rear side of the chip is electrical connected with GND-Pad

Figure 2 Functional Block Diagram

Data Book                          3                              2003-05
                                                                                                KP110

Functional Description

Digital Programming Interface
The KP110 digital interface is a 3 wire interface consisting of Data_In, Data_Out and
Clock. A write cycle needs 13 Clock cycles. With the first 12 rising edges of the Clock the
signal on Data_In is clocked into a shift register. The first 3 bits are interpreted as a
register address, the last 9 as data bits. The address and the data word are starting with
the LSB, respectively. During the falling edges of the first 11 Clock cycles the Data_In
must be low. The falling edge of the 12th Clock cycle enables the write frame, at this time
Data_In must be high. A 13th Clock cycle is needed for internal purposes, the signal at
Data_In is ignored.
Simultaneously to the write cycle, a read cycle at Data_Out is performed. The signal at
Data_Out is structured the same way as at Data_In, i.e. 3 address bits and 9 data bits.
The selected register for reading depends on the content of the TESTREG register.
The first valid bit at Data_Out appears with the 13th rising edge of the Clock of the
previous write frame.
The following figure shows the timing diagram:

Figure 3 Timing Diagram

Data Book                4  2003-05
                                                              KP110

The table below shows the internal registers of the KP110. For the shaded registers
PROM cells exist. The PROM cells are used for permanent programming of the
calibration data.

In addition to the registers in the table below a 12 x 9 bit RAM table exists for the
linearization and definition of the analog pressure signal. This RAM table is also
overlayed by PROM cells.

To write a 9 bit word to the RAM table at first the data content must be written into the
MEMDAT register. In a further write cycle the desired word is addressed by the 4 LSBs
of the MEMCTL register.

Register   Function

MEMDAT     Data bit 0 to 9

MEMCTL     Selection of register of linearization table

GLOBOFF    Global offset compensation

FUSE_NR    Fuse number

TESTREG    Selection of register for read cycle

TGAIN      Temperature gain compensation (linear and square)

TOFFL      Linear temperature offset compensation

TOFFQ      Square temperature offset compensation

MODEREG    Selection of registers for programming of PROM

The shaded registers in the table are overlayed with PROM

Nonvolatile Memory

Each PROM cell consists of a thin polysilicon wire located in a small evacuated cavity.
The cells are called HR-fuses. In order to write a logic "1" to a HR-cell the wire has to be
cut with a current pulse. Since the current can reach up to 100 mA only a single HR-fuse
can be programmed at a time.

The desired bit within a HR-fuse register is addressed by a register called FUSE_NR. In
case of the linearization table the desired PROM register itself is addressed by the
MEMCTL-register. In order to program the GLOBOFF, TGAIN, TOFFL and TOFFQ
register the MODREG-register is used for addressing.

After the correct addressing of PROM register and bit a fuse pulse has to be applied to
pad 1. The requirements for the pulse voltage, length and slew rate are given in the
electrical characteristics.

The exact sequences for RAM/PROM reading/writing are available on request.

Data Book                   5                                 2003-05
                                                                KP110

Calibration

The GLOBOFF register is needed to adjust the sensor cell to the internal A/D converter
range. The TGAIN, TOFFL and TOFFQ registers are used for the temperature
compensation. These registers together with the linearization table have to be
programmed to achieve the full sensor performance.

For a proper calibration of the compensation registers and the linearization table it is
proposed to measure the sensor at a minimum of two different temperatures (e.g. 25 C,
100 C) and 3 pressures, depending on the desired pressure range. To set up an
appropriate calibration sequence support of the IFX sensor application group is
available.

Maximum Ratings

Parameter                          Symbol         Limit Values Unit

                                             min.     max.

Supply voltage                     VCC       0.3    6.5   V
Supply voltage1)
Supply current                     VCC       6.52) 16.5   V
Ambient temperature
Storage temperature                ICC                10    mA
Burst pressure
Voltage at pad DTA_IN              TMAX       40     140   C
Voltage at pad SERIAL_CLK/
PROG_VOLT during clock mode        TS         60     150   C

                                   pBURST    400            kPa

                                   VDTA_IN    0.2    3.2   V

                                   VSERIAL_CLK 0.2  3.2   V

Voltage at pad SERIAL_CLK/         VPROG      0.2    12    V
PROG_VOLT during fuse mode

"H" output peak current at pad DTA_OUT IOHP           2     mA

"L" output peak current at pad DTA_OUT IOLP  2             mA

1) 1h@70 C

2) Reverse polarity; ICC < 300 mA

Note: Stresse above those listed here may cause permanent damage to the device.
        Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect
        device reliability.

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                                                                                KP110

ESD Protection

Human Body Model (HBM) tests according to:
Standard EIA/JESD22-A114-B HBM (covers MIL STD 883D)

Parameter                   Symbol       Limit Values Unit              Notes

ESD-Protection              VESD    min.          max.                  R = 1.5 k,
                                                                        C = 100 pF
Pins VCC, GND, VOUT                                           kV
                                                 2
Calibration Pins                                  1

Operating Range

VCC = 5.0 V, GND = 0 V, TA = -40 C to +140 C, unless otherwise specified

Parameter                                Symbol          Limit Values Unit

                                                    min.           max.

Supply voltage1)                         VCC        4.5            5.5      V

Output current (pad 6) Sink2)            IOUT       0.25                    mA

                        Source2)                    0.25                    mA

Operating temperature                    TA          40           140      C

Minimum rated pressure                   pN, MIN    10             50       kPa

Maximum rated pressure                   pN, MAX    102            120      kPa

Pressure span                            PSPAN      70             105      kPa

Lifetime                                 tLT        15                      year

1) The output of the sensor is ratiometric to the supply voltage VCC within its specified range of 4.50 to 5.50 V.
2) Sink: Current into device. Source: Current driven by device

Electrical Characteristics

VCC = 5.0 V, GND = 0 V, TA = -40 C to +140 C, unless otherwise specified

Parameter                                Symbol          Limit Values Unit

Output voltage at min. rated pressure1)  VOUT, MIN  min. typ.           max.
Output voltage at max. rated pressure1)  VOUT, MAX  0.25                0.5 V
Overall accuracy                         ACC        4.50                4.85 V
                                                    see
                                                    below                         kPa

Ratiometricity2)                         Rat        -25                 25 mV
Response time3)
                                         tR                             5   ms

Data Book                                7                                      2003-05
                                                                                KP110

Electrical Characteristics (cont'd)

VCC = 5.0 V, GND = 0 V, TA = -40 C to +140 C, unless otherwise specified

Parameter                                        Symbol            Limit Values Unit

                                                          min. typ. max.

Output ripple @ f > 1 kHz                                          10 15 mVpp
                    @ f < 1 kHz
                                                                   5  7.5 mVpp

Stabilization time4)                             tS                   20 ms

Power up time                                    tUP                  5     ms

1) The output of the sensor is ratiometric to the supply voltage VCC within its specified range of 4.50 to 5.50 V.
2) Definition:

Rat  =  VOUT(@VCC) VOUT(@5  V ) V-----C----C-
                                  5V

    for VOUT in the range of 0.1 VDD to 0.9 VCC
    and VCC in the range of 4.50 V to 5.50 V
    Ratiometric signal error is not included in the overall accuracy!

3) Response time is defined as the time for the incremental change in the output to go from 10% to 90% of its
    final value when subjected to a specified step change in pressure.

4) Stabilization time is defined as the time required for the product to meet the specified output voltage after the
    pressure has been stabilized.

Input Pad SERIAL_CLK / PROG_VOLT

Input voltage (fuse mode)                        VPROGIN          9       V
Input capacitance
Input current (clock mode)                       CSERIAL_CLK        160 pF
Input current (fuse mode) for 10 ms
"H" Input voltage (clock mode)                   ICKLIN   5         360 A
"L" Input voltage (clock mode)
Input hysteresis                                 IVPROG   10         100 mA

                                                 VHSERIAL_CLK 2.2         V

                                                 VLSERIAL_CLK       0.5 V

                                                 VCINHYST         480     mV

Input Pad DTA_IN                                 CDTA_IN          2.5     pF
Input capacitance
Input current                                    IDTA_IN            360 A
"H" Input voltage
"L" Input voltage                                VHDTA_IN 2.2        3.2 V
Input hysteresis
                                                 VLDTA_IN           0.5 V

                                                 VSINHYST         480     mV

Data Book                                        8                              2003-05
                                                                                KP110

Electrical Characteristics (cont'd)

VCC = 5.0 V, GND = 0 V, TA = -40 C to +140 C, unless otherwise specified

Parameter                            Symbol     Limit Values Unit

                                             min. typ. max.

Output Pad DTA_OUT

"H" output voltage (IOH = 1 mA)      VOH     2.4                          V

"L" output voltage (IOL = -1 mA)     VOL          0.3 V

Timing and Tolerances

Clock frequency SERIAL_CLK           fCLK    1     250 kHz

CLKS "H" pulse width                 tWH     2                            s

CLKS "L" pulse width                 tWL     2                            s

DTA_IN setup time (At Pad DTA_IN)    tISU    500                          ns

DTA_IN hold time (At Pad DTA_IN)     tICH    500                          ns

DTA_OUT output delay time            tOD     0     200 ns

(At Pad DTA_OUT)

ENABLE setup time (At Pad DTA_IN) tENS       500                          ns

ENABLE hold time (At Pad DTA_IN)     tENH    500                          ns

PROG_VOLT setup time                 tVPD    1                            s

(At Pad SERIAL_CLK)

PROG_VOLT hold time                  tVPH    10                           ms

(At Pad SERIAL_CLK)

PROG_VOLT slew rate                  SR      100                          V/s

Data Book                            9                                          2003-05
                                                                                                KP110

Transfer Function
The sensor can be calibrated with a linear transfer characteristic between the applied
pressure and the output signal:

VOUT = VCC (a p + b)

The output is ratiometric. The gain a and the offset b can be calibrated. A feasible
transfer function for the KP110 is for example:

VOUT = 5.000 V (0.0106 p 0.32666)

With the parameters a and b the following calibration is adjusted:

pN, MIN = 40 kPa  VOUT = 0.5 V and
pN, MAX = 115 kPa  VOUT = 4.5 V (@VCC = 5 V)

Figure 4 Possible Transfer Function of the KP110

The output circuit has a low pass filter (min. 1st .Order) with a cut off frequency greater

than 500 Hz. The output circuit is protected against short circuit to VDD and GND.

Data Book  10  2003-05
                                            KP110

Accuracy

Accuracy is the deviation in actual output from nominal output over the entire pressure
and temperature range according to figure below due to all sources of error including the
following:
Pressure:
Output deviation from target transfer function over the specified pressure range.
Temperature:
Output deviation over the temperature range.
Aging during operating time
The error band is determined by a continuous line through four relevant break points:

Break Point (C)  Typical Accuracy (kPa)
40               2.4
10                1.2
85                1.2
140                2.4

Note: The gained output signal accuracy depends largely on the quality of the mounting
        and calibration process accomplished by the customer!

Figure 5 Overall Accuracy over Temperature

Data Book         11                        2003-05
                                                                                                KP110

Application Circuit
It is recommended, that the circuit of the pressure sensor IC is protected against
overload voltage and electro magnetic influences (like shown in Figure 6).
The output circuitry acts as a low pass decoupling filter between the output of the sensor
IC and the A/D input of the C.
Note: Circuitries of customer specific applications may deviate from this circuitry.

Figure 6 Typical Application Circuit of the KP110

Component  Range                                   Typ. value
                                                   59 k
R1         20 k < R1 < 100 k                       47 k
R2         3.9 k < R1 < 100 k                      0 nF
C1         0 < C1 < 100 nF                         100 nF
C2         33 nF < C2 < 100 nF

Data Book  12                                                  2003-05
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