Der PGA411 ist ein mittlerweile nicht mehr frei verfügbarer Schnittstellenbaustein zur Ansteuerung und Auswertung eines Rotorlagegebers. Texas Instruments gibt an, dass es sich mittlerweile um ein "custom product" handelt, das einem NDA unterliegt.
Im Rahmen des Referenzdesigns TIDA-00363 zeigt Texas Instruments einen typischen Anwendungsfall. Der Rotorlagegeber (Resolver) stellt eine Art kleinen Generator dar, der über die Welle eines Synchronmotors angetrieben wird. Richtig angesteuert und ausgewertet erhält man über die Ausgangssignale die aktuelle Position und die Geschwindigkeit des Rotors, was die Ansteuerung des Motors erleichtert.
Der Stator des Rotorlagegebers besitzt zwei im 90°-Winkel angeordnete Spulen. Der Rotor wird mit einem Sinussignal gespeist. Das kann mit Schleifringen oder, wie hier dargestellt, induktiv erfolgen. Vor allem bei einer induktiven Einspeisung ergibt sich ein sehr robustes System im Vergleich zu einer optischen Auswertung der Rotorlage. Die Ausgangssignale des Rotorlagegebers werden als SIN- und COS-Signal bezeichnet. Damit lässt sich sowohl die Drehrichtung als auch die Drehgeschwindigkeit des Motors bestimmen.
Der PGA411 übernimmt sowohl die Ansteuerung eines Rotorlagegebers, als auch die Auswertung der Ausgangssignale, die durchaus sehr komplex ausfallen kann.
Das Datenblatt des PGA411 enthält ein Blockschaltbild, das etwas mehr Details des Bausteins zeigt. Im linken Bereich befindet sich der Hochsetzsteller, der eine etwas höhere Spannung für die Erregung des Rotorlagegebers erzeugt. Die Erregerschaltung in der linken unteren Ecke besteht aus zwei Verstärkern, die von einem Digital-Analog-Wandler angesteuert werden.
Im rechten oberen Bereich werden sowohl das Erregersignal als auch das SIN- und das COS-Signal eingelesen und aufbereitet.
Mittig befindet sich die Steuerung, die mit einem 20MHz-Oszillator arbeitet. Sie liefert die Signale für die Erreger-Ansteuerung und wertet die vorverarbeiteten SIN-/COS-Signale aus. Vor allem die Auswertung und die Verarbeitung der SIN/COS-Signale ist sehr viel komplexer als in diesem Blockschaltbild dargestellt. Jeder Schaltungsblock ist mit Diagnosefunktionen ausgestattet.
Die Kantenlänge des Dies beträgt 4,2mm. Es sind nur sehr wenig Details zu erkennen, da die freien Flächen der oberen Metalllage mit einer Dummystruktur aufgefüllt sind.
In der unteren linken Ecke ist ein kleiner Bereich in der oberen Dummystruktur ausgespart, ohne dass dort eine funktionale Struktur zu erkennen ist. Welchen Sinn diese Aussparung hat erschließt sich nicht, sie scheint keine besondere Form aufzuweisen. Man sieht dort allerdings, dass auch die darunter liegende Metalllage mit Dummystrukturen aufgefüllt ist. Beide Strukturen sind in unterschiedlichen Winkeln leicht schräg angeordnet.
Derartige Dummystrukturen erleichtern die Fertigung, da alle Bereiche auf dem IC ungefähr die gleiche Metalldichte aufweisen und Verarbeitungsprozesse sich entsprechend gleichmäßig auswirken. Des Weiteren erschweren die Dummystrukturen eine optische Analyse der Schaltung und schützen so das darin integrierte Know-How.
Über die Fläche des Dies verteilt finden sich mehrere Testpads in der Größe der Bondpads (oben im Bild), aber auch relativ kleine Quadrate, die es höchstwahrscheinlich erlauben mit erhöhtem Aufwand zusätzliche Signale zu kontaktieren (unten im Bild).
Der hier vorliegende PGA411 war defekt. Am Pin ORD9 der parallelen Ausgangsschnittstelle findet sich ein recht offensichtlicher Schaden. Die längliche Leitung ist zum Teil aufgeschmolzen und ein weiterer Pfad der Zerstörung zieht sich zur Rahmenstruktur.
Einige Elemente sind trotz der Dummystrukturen zu erkennen, da die oberste Metalllage der Weiterleitung höherer Ströme dient. An der linken Kante des Bausteins befinden sich die Pins des Schaltreglers, der den Treiber des Rotorlagegebers versorgt. In diesem Bereich finden sich passend dazu verhältnismäßig breite Leitungen, die mit Sicherheit darunter liegende Leistungstransistoren kontaktieren.
An der unteren Kante befinden sich die Ausgänge, die zum Rotorlagegeber führen. Passend dazu finden sich dort zwei große, symmetrische Strukturen. Die Leistungstransistoren in diesem Bereich müssen eine gewisse Größe aufweisen, da sie ein Sinussignal ausgeben und entsprechend im Linearbetrieb arbeiten, was zu höheren Verlusten führt.
Mit Glasätzpaste (Flusssäure) kann man die schützende Siliziumoxidschicht auflösen. Das Kupfer der Leiterbahnen wird dabei nicht angegriffen. Mit zunehmender Einwirkzeit unterwandert die Flusssäure aber die oberste Metalllage. Die Quadrate, mit denen die freien Bereiche aufgefüllt sind, haben sich an manchen Stellen bereits aus dem Die herausgelöst.
Das Kupfer der Metalllage wird von Salzsäure nicht angegriffen, es lässt sich aber mit Eisenchlorid auflösen. Wie gut dies grundsätzlich funktioniert zeigt sich an den Bondflächen. Insgesamt macht das Die aber eher einen unsauberen Eindruck. Anscheinend ist noch an zuvielen Stellen Siliziumoxid zurück geblieben.
Verzichtet man darauf die Metalllagen genauer herauszuarbeiten, so kann man die oberen Lagen komplett abtragen, in dem man sehr lange Flusssäure auf das Die einwirken lässt. Zurück bleibt lediglich das Silizium, dass durch die Bearbeitungsschritte bei der Herstellung allerdings auch Konturen aufweist, die Rückschlüsse auf die Funktionsblöcke zulassen. An den Außenkanten ist zum Beispiel deutlich die standardisierte Beschaltungen der Bondpads zu erkennen.
Nicht alle der verschiedenen Strukturen lassen sich ihrer Funktion zuordnen.
Gut zu erkennen sind die Leistungstransistoren, die man bereits über die Struktur der Metalllage zuordnen konnte.
Bei dem beschädigten Bondpad finden sich in der untersten Lage keine übermäßigen Schäden.
Der feiner und scheinbar chaotischer strukturierte Bereich enthielt wahrscheinlich die Steuerungslogik.
