1. Архітектура і ключові особливості
2. Гнучкі режими харчування, що забезпечують наднизьким споживанням енергії
3. Особливе застосування: захист від розкрадань в лічильниках електроенергії
4. Джойстики та елементи управління
5. Оціночна плата і безкоштовне середовище програмування
6. висновок
7. Про компанії Infineon

Нові 3D-датчики магнітного поля TLV493D-A1B6 виробництва компанії Infineon дозволяють робити дуже точні вимірювання по трьох осях координат з гранично низьким енергоспоживанням. При цьому датчики виконані в мініатюрному корпусі з шістьма висновками.

Оскільки 3D-датчик реагує на складові магнітного поля по осях X, Y і Z, то з його допомогою можна отримати надійні вимірювання при тривимірних, лінійних і обертальних рухах. Сфера використання TLV493D-A1B6 - джойстики, органи управління в побутовій техніці, лічильники електричної енергії (з захистом від розкрадань) і будь-які інші застосування, які вимагають точних кутових вимірів і низького енергоспоживання.

У той час як лінійні, ключові і кутові датчики Холла фіксують лише одну складову магнітного поля, спрямовану перпендикулярно поверхні чіпа (кутові датчики GMR фіксують тільки паралельно орієнтовані складові магнітного поля), датчик TLV493D-A1B6 дає можливість одночасного вимірювання магнітного поля по трьох осях X, Y і Z (малюнок 1). Маючи дані про складові магнітного поля по трьох осях, користувач отримує цілісну тривимірну картину магнітного поля. Будь-який рух магніту викличе зміна принаймні однієї складової поля, яке і зафіксує 3D-датчик.

Мал. 1. 3D-датчик TLV493D-A1B6

Тривимірні вимірювання забезпечуються за рахунок розміщення датчиків Холла в обох, вертикальній і горизонтальній площинах на кристалі датчика. Вертикальні датчики Холла фіксують паралельно орієнтовані складові поля в напрямках осей X і Y, горизонтальний - перпендикулярно орієнтовану складову (вісь Z).

Одним із завдань при розробці TLV493D-A1B6 було зниження енергоспоживання. Використовуючи при проектуванні датчика інноваційні технології, наприклад, тактовий генератор малої потужності, вдалося зменшити споживаний струм до рекордно низьких значень в діапазоні кількох наноампер. Концентруючись на ключових вимогах точних тривимірних вимірів і низького енергоспоживання, розробники датчика отримали результат у вигляді маленького шматочка кремнію, який помістився в мініатюрному корпусі. Використаний корпус TSOP-6 розміром всього 2,9 × 1,6 мм менше будь-якого сучасного магнітного 3D-датчика.

Через свого мініатюрного корпусу і наднизького енергоспоживання TLV493D-A1B6 може бути застосований в пристроях, в яких раніше не використовувалися магнітні датчики, при цьому замінюючи потенціометри і оптичні пристрої. Проектовані системи стають малогабаритними, більш точними і надійними, з безконтактної фіксацією положення і високою температурною стабільністю вимірювань магнітних властивостей.

Цифровий вихід датчика представлений стандартним двопровідним інтерфейсом I2C, який забезпечує високу швидкість передачі даних, вибір режиму роботи шини і двунаправленность передачі (датчик-мікроконтролер).

TLV493D-A1B6 відповідає директивам RoHs і вимогам JESD47, що дозволяє спроектованої системі відповідати найвищим стандартам якості і різних екологічних норм.

Архітектура і ключові особливості

Архітектура датчика складається з трьох основних функціональних блоків (рисунок 2): харчування та режимів роботи, вимірювального і комунікаційного.

Мал. 2. Функціональна схема TLV493D-A1B6: харчування, вимірювальна частина і інтерфейс I2C

Блок живлення і режимів роботи відповідає за розподіл харчування по вузлах мікросхеми. Він також забезпечує коректну послідовність запуску системи.

Вимірювальний блок містить вертикальні і горизонтальний датчики Холла, а також датчик температури. Кожен з датчиків Холла (по осях X, Y і Z) підключений до мультиплексору, який, в свою чергу, з'єднаний з аналого-цифровим перетворювачем (АЦП). Температурний датчик також підключений до мультиплексору і може бути при необхідності відключений. При виключенні датчика температури загальне енергоспоживання знижується приблизно на 25%.

Комунікаційний блок містить інтерфейс I2C і файлові регістри, які доступні для читання мікро контролером в будь-якому режимі роботи. В окремих регістрах містяться значення трьох складових магнітного поля і температури. Вбудований інтерфейс I2C відповідає специфікації швидкісного режиму (400 кбіт / с), але за певних умов швидкість передачі даних може доходити до 1 Мбіт / с і більше. Відповідно до специфікації протоколу I2C датчик може працювати на шині з іншими пристроями. Застосування комунікаційних шин зменшує число провідників і дозволяє реалізувати механізм управління за допомогою мікроконтролера (майстра). Стандартний адреса TLV493D-A1B6 на шині I2C визначено виробником. При подачі живлення під час запуску системи адреса може бути змінена за допомогою адресного виведення мікросхеми. Нова адреса актуальна під час поточного сеансу роботи і повертається до заводського при знятті харчування.

TLV493D-A1B6 забезпечує 12-бітове перетворення виміряних значень магнітної індукції по кожній осі. Це дозволяє отримати високу роздільну здатність в 0,098 мТ / біт (вага молодшого значущого біта). Таким чином, можлива фіксація самих незначних переміщень магніту.

Діапазон вимірюваної індукції магнітного поля по всіх осях складає -150 ... + 150 мТ. Це дозволяє відстежувати рух магнітів в широкому діапазоні переміщень, що робить проектування магнітних систем простим, надійним і гнучким.

Використовуючи вертикальні датчики Холла для обох паралельних складових магнітного поля (X і Y), датчик забезпечує похибку вимірювань магнітної індукції в межах ± 2%. Завдяки цьому можливо виробляти точні вимірювання кутових переміщень. Націлений на ринок промислових і споживчих додатків, TLV493D-A1B6 може працювати в діапазоні живлячих напруг від 2,3 до 3,5 В і при температурах від -40 до 125 ° C. Датчик TLV493D-A1B6 повністю відповідає промисловим нормам JESD47.

Гнучкі режими харчування, що забезпечують наднизьким споживанням енергії

Датчик видає сигнал переривання для керуючого мікроконтролера після кожного циклу вимірювання. За фактом фіксації переривання мікроконтролер може вважати вміст регістрів вимірювань магнітного поля і температури. Сигнал переривання може бути використаний для виведення мікроконтролера з режиму сну. В такому випадку, оскільки система знаходиться в режимі сну і активна тільки під час вимірювання, загальне енергоспоживання може бути вельми істотно знижено.

TLV493D-A1B6 підтримує п'ять режимів роботи: "Power down mode", "Fast mode", "Low Power mode", "Ultra Low Power mode" і "Master Controlled mode" (таблиця 1). Робочі режими можуть бути обрані за допомогою інтерфейсу I2C.

Таблиця 1. Номенклатура MOSFET з допустимою напругою 40 В OptiMOS і StrongIRFET

Режим Частота опитування, Гц Струм, мкА
(При 25 ° С) Примітка Power Down - 0,007 За замовчуванням при подачі живлення Ultra Low Power 10 10 С урахуванням вимірювання температури Low Power 100 100 Fast Mode 10000 3700 Master controlled змінна, до 5000 Гц 2000

При подачі живлення датчик запускається з заводськими настройками. На короткий проміжок часу всі функціональні блоки активні, але після цього датчик переходить у режим "Power down mode", і всі функціональні блоки відключаються. В цей час не відбувається вимірювань магнітного поля, і споживаний струм знижується до 7 нА. При харчуванні від двох стандартних батарей типорозміру AA (2400 мАч кожна) датчик теоретично може працювати в цьому режимі 39 тисяч років.

У режимі "Fast Mode" читання даних оптимізовано за швидкістю. Значення вимірюваних величин після останнього перетворення можуть зчитуватися в той час, коли відбувається чергове перетворення. Цей режим ідеальний для пристроїв, де потрібно фіксація швидких переміщень магніту, наприклад, для джойстиків. Струм споживання датчика в цьому режимі може становити 3,7 мА в піку, при цьому швидкість опитування становить до 10 тисяч вимірювань в секунду.

У режимі "Low Power mode", датчик виходить з режиму сну кожні 10 мс для того, щоб зробити виміри індукції магнітного поля. Струм в такому режимі складає близько 100 мкА. Цей режим ідеальний для елементів управління (наприклад, багатофункціональних обертових ручок), що вимагають періодичних вимірювань при низькому енергоспоживанні.

У режимі "Ultra Low Power mode" можна знизити енергоспоживання в 10 разів. Період пробудження збільшений до 100 мс, споживаний струм становить 10 мкА. Це особливо добре підходить для пристроїв з батарейним харчуванням, наприклад, для захисту від розкрадань в лічильниках електроенергії.

У режимі "Master Controlled mode" датчик опитується мікро контролером виключно в моменти, коли цього вимагає користувальницький додаток. Після кожного вимірювання датчик чекає читання регістрів мікро контролером (майстром). Спираючись на вимоги додатка, читання даних може здійснюватися негайно або із затримкою за часом. Після того як мікроконтролер вважає дані, може бути запущений новий цикл вимірювання. Цей режим особливо корисний, коли кілька датчиків TLV493D-A1B6 приєднані до однієї шині I2C, наприклад, для вимірювання великих лінійних переміщень. Таким чином, мікроконтролер (майстер) визначає, який з датчиків найбільш важливий в даний момент, і запускає цикл вимірювання в цьому датчику.

На малюнку 3 показано енергоспоживання для кожного з п'яти режимів в залежності від температури.

Мал. 3. Струм споживання в залежності від температури

Особливе застосування: захист від розкрадань в лічильниках електроенергії

Традиційно лічильники електроенергії не мають можливості визначення фактів розкрадання, оскільки основним їх завданням є вимірювання кількості спожитої електроенергії на основі виміряних значень напруги і протікають струмів. У таких випадках можна обдурити лічильник зовсім неважко і виявити такий обман дуже складно. Однак сучасні лічильники мають можливість визначення фальсифікацій і прийняття відповідних заходів.

Магнітне вплив - ймовірно, найбільш поширений і легкий шлях для втручання в роботу лічильника. Електромагнітні трансформатори струму - практично єдиний спосіб вимірювання струму в лічильниках електроенергії. Якщо поруч з трансформатором струму помістити потужний постійний магніт, то його магнітне поле введе сердечник трансформатор струму в насичення і призведе до того, що виміряний струм стає рівним нулю, як і виміряна спожита енергія.

Традиційний підхід реалізації магнітних вимірів для захисту лічильників полягає в розташуванні двох датчиків Холла (один монтується на основний друкованої плати лічильника, другий - на додатковій платі перпендикулярно першому, малюнок 4). Цей підхід має ряд недоліків, таких як ускладнення конструкції лічильника, додаткові калібрування і налаштування. На додаток до всього, це здорожує лічильник і призводить до підвищеного енергоспоживання.

Мал. 4. TLV493D-A1B6 ідеально підходить для застосування в «розумних» лічильниках електроенергії

З новими 3D-датчиками не потрібно додаткової плати, при цьому знижується складність системи і, відповідно, підвищується надійність. На додаток TLV493D-A1B6 задовольняє і іншим вимогам, таким як, наприклад, широкий діапазон величин магнітних полів, високий дозвіл, вимір температур, наднизьким споживанням енергії, цифровий вихід, відсутність додаткових компонентів, мініатюрний корпус і низька вартість.

Джойстики та елементи управління

Точність при 12-бітному дозволі і швидкий комунікаційний інтерфейс роблять TLV493D-A1B6 лідером в області додатків з джойстиком. Безконтактні магнітні вимірювання, висока температурна стабільність і відсутність ефектів старіння дозволяють вести розробку джойстиків нового покоління для промислового застосування (т.зв. людино-машинного інтерфейсу).

Більш того, нові 3D-датчики дозволяють знизити вартість і підвищити ефективність енергоспоживання при застосуванні в органах управління побутових приладів і пристроїв іншого домашнього застосування, наприклад, дружніх користувачеві поворотно-натискних кнопках. Точні кутові вимірювання і невисока складність архітектури дозволяють проектувати нові призначені для користувача інтерфейси з тактильним відгуком.

Оціночна плата і безкоштовне середовище програмування

Для прискорення проектування та зниження витрат часу на розробку розробники можуть замовити недорогу оціночну плату (www.ehitex.com). Оціночна плата "3D Magnetic Sensor 2Go" використовує датчик TLV493DA1B6 і 32-бітний мікроконтролер сімейства XMC1100 Infineon. Перший вимір за допомогою плати може бути зроблено в лічені хвилини, при цьому слід використовувати приєднаний магніт і демонстраційне програмне забезпечення датчика. Використання в якості мікроконтролера XMC1100 також дає можливість використання безкоштовної версії середовища розробки DAVE ™ для проектування системи.

висновок

Датчик TLV493D-A1B6 забезпечує точні і енергоефективні тривимірні вимірювання для різних додатків. Гнучка настройка режимів роботи дозволяє спроектувати спеціалізовані та масштабовані системи з широким діапазоном вимірюваних величин і високою точністю вимірювань при найменших токах споживання.

Отримання технічної інформації , замовлення зразків , замовлення і доставка .

Групи товарів: датчики

Про компанії Infineon

Компанія Infineon є світовим лідером з виробництва силових напівпровідникових компонентів, а також займає провідні позиції з виробництва автомобільної напівпровідникової електроніки і смарт-карт. У 2015 році компанія Infineon придбала компанію International Rectifier, тим самим значно посиливши свої лідируючі позиції в області силової електроніки. Це поєднання відкриває нові можливості для клієнтів, так як обидві компанії чудово доповнюють один одного завдяки високому рівню ... читати далі