Отладочные наборы Sensor2Go. Простая разработка устройств с датчиками

2 ноября 2018

телекоммуникациисистемы безопасноститерминалы продажавтомобильная электроникаучёт ресурсовсветотехникауправление двигателеммедицинапотребительская электроникаавтоматизацияответственные применениялабораторные приборыинтернет вещейInfineonстатьяинтегральные микросхемыдатчикисредства разработки и материалы

Магнитные датчики используются для измерения скорости, расстояния, положения и тока. Для ознакомления с такими сенсорами предлагаются различные отладочные наборы, однако их цена часто оказывается высокой. Ситуация меняется благодаря появлению бюджетных и простых в использовании наборов Sensor2Go производства Infineon.

Отладочные наборы для оценки работы магнитных датчиков давно появились на рынке, но их цена долгое время оставалась высокой и начиналась с 500 евро, при этом в состав набора даже не входил магнит. На этом фоне компания Infineon начала выпуск отладочных наборов стоимостью около €20 в рамках стратегии Product2System (быстрое и простое внедрение датчиков в законченную систему). Для разработчиков крайне важно еще на ранних стадиях проектирования определить, соответствуют ли выбранные датчики требованиям производительности. Для этого необходим быстрый и простой способ проверки параметров сенсора. На следующем шаге проектирования определяются диапазоны рабочих параметров с учетом особенностей конкретного приложения. Здесь необходимо иметь на руках и проверять в работе датчик вместе с целевым магнитом. Заключительным шагом проектирования становится изготовление конечного устройства.

Отладочные наборы 3D Magnetic Sensor 2Go, Current Sensor 2Go и Speed Sensor 2Go предназначены для того чтобы разработчики на самых ранних стадиях проектирования могли оценить возможности датчиков при работе в конкретных приложениях. В настоящее время выпускаются отладочные наборы для магнитных 3D-датчиков TLV493D, датчиков тока TLI4970 и датчиков скорости TLE4922.

Точное трехмерное измерение магнитного поля

Трехмерный магнитный датчик TLV493D (рисунок 1) измеряет магнитное поле в трех направлениях – X, Y и Z, – и позволяет обнаруживать трехмерные, линейные и вращательные движения. Это делает его идеальным выбором для широкого круга автомобильных, промышленных и потребительских приложений.

Рис. 1. 3D-датчик TLV493D производства Infineon обеспечивает прецизионные трехмерные измерения

Рис. 1. 3D-датчик TLV493D производства Infineon обеспечивает прецизионные трехмерные измерения

Среди приложений для трехмерных магнитных датчиков можно выделить джойстики и элементы управления, в том числе панели бытовых приборов, многофункциональные кнопки, системы защиты от взлома электрических счетчиков, а также другие приложения, в которых требуются точные измерения положения и малый ток потребления. TLV493D-A1B6 выпускается в компактном корпусе TSOP-6 размером 2,9×1,6 мм.

Создание подобных сенсоров стало возможным благодаря интеграции вертикальных и горизонтальных датчиков Холла на одном кристалле. Вертикальные датчики Холла измеряют X- и Y-составляющие магнитного поля. Горизонтальные датчики Холла необходимы для измерения вертикальной Z-составляющей.

Внедрение различных инновационных решений, например, энергосберегающего генератора, позволило компании Infineon уменьшить ток потребления датчика до нескольких микроампер. Для двунаправленного обмена между датчиком и управляющим микроконтроллером используется цифровой I²C-интерфейс.

Основой набора 3D Magnetic Sensor 2Go является оценочная плата, оснащенная трехмерным магнитным датчиком и микроконтроллером XMC1000 с процессорным ядром ARM® Cortex®-M0 (рисунок 2). В набор входят все компоненты, необходимые для эффективной работы, в том числе встроенный отладчик на базе XMC4200. Микроконтроллер XMC4200 также доступен для отладки и для связи через USB. Для питания и подключения к ПК используется разъем микро-USB. На плате располагаются светодиоды, отображающие наличие напряжения питания и состояния отладки, пользовательские светодиоды, контроллеры напряжения, обратные диоды и ESD-диоды для защиты от статики. Штыревой разъем позволяет отслеживать сигналы с помощью осциллографа.

Рис. 2. Отладочный набор 3D Magnetic Sensor 2Go с магнитными держателями (адаптерами)

Рис. 2. Отладочный набор 3D Magnetic Sensor 2Go с магнитными держателями (адаптерами)

Набор включает в себя один магнит и магнитные держатели, которые могут быть установлены на оценочной плате. В качестве примера на рисунке 2 изображены держатели, используемые для создания джойстика и поворотной ручки.

Специальная онлайн-утилита, доступная на сайте Infineon, помогает рассчитывать типовые решения для измерения угла наклона, линейного положения и джойстиков (рисунок 3). Для каждого из этих трех приложений программа позволяет применять как заранее определенные магниты, так и магниты, заданные пользователем. Утилита выполняет трехмерное моделирование: положения 3D-датчика, положения магнитов, перемещения магнитов. Пользователи могут задавать характер движения, перемещения и вращения магнитов. Программа автоматически вычисляет составляющие магнитного поля для каждого положения датчика. Этот расчет основывается на настройках, заданных пользователем, и учитывает монтажные допуски для датчика и магнитов.

Рис. 3. Использование онлайн-утилиты для моделирования положения 3D-датчика, расположения и перемещения магнитов. Скриншот с сайта Infineon

Рис. 3. Использование онлайн-утилиты для моделирования положения 3D-датчика, расположения и перемещения магнитов. Скриншот с сайта Infineon

Отладочный набор 3D Magnetic Sensor 2Go включает программный пакет, в который входит ПК-утилита с графическим пользовательским интерфейсом, прошивка микроконтроллера для связи с 3D-датчиком, драйвер отладчика USB Segger J-Link.

Графическая утилита позволяет настраивать рабочие параметры отладочной платы, в частности — скорость измерений каждой составляющей X, Y и Z. Благодаря этому можно также управлять уровнем потребления.

Измерять ток становится проще

TLI4970 – прецизионный датчик тока, использующий эффект Холла. Он имеет встроенную гальваническую развязку между силовой частью и выходным цифровым интерфейсом (рисунок 4). Конструкция датчика не имеет магнитного сердечника (концентратора магнитного потока), что позволяет значительно уменьшить габариты компонента и исключить влияние гистерезиса. Датчик является полностью цифровым и не требует внешней калибровки или дополнительных компонентов, например, АЦП, операционных усилителей или источников опорного напряжения. Это упрощает схему, уменьшает площадь и стоимость печатной платы.

Рис. 4. Структура токового датчика TLI4970 производства Infineon

Рис. 4. Структура токового датчика TLI4970 производства Infineon

TLI4970 выпускается в компактном корпусе QFN размером 7,0×7,0 мм. Датчик характеризуется высокой точностью 1,6% во всем диапазоне рабочих температур и в течение всего срока службы, при этом его максимальная ошибка смещения составляет 75 мА. TLI4970 имеет программируемые фильтры и функцию обнаружения перегрузки по току с пороговыми значениями, задаваемыми пользователем. Типовой ток потребления для TLI4970 составляет 12 мА.

В TLI4970 используются дифференциальные измерения, что защищает от помех, создаваемых внешними магнитными полями. Датчик также имеет отдельные блоки для измерения температуры и механического напряжения. Поскольку эти два параметра измеряются независимо, то калибровку сенсора можно выполнять прямо по ходу работы. Это является гарантией точных измерений в течение всего срока службы. Таким образом, датчики TLI4970 могут быть использованы для создания эффективных, надежных и оптимальных по стоимости преобразователей или приводов.

TLI4970 позволяет измерять переменные и постоянные токи до ±50 А в таких приложениях как солнечные преобразователи, источники питания с коррекцией коэффициента мощности (PFC), зарядные устройства и электрические приводы. Бесконтактный метод измерения обеспечивает минимальный уровень потерь, что делает TLI4970 идеальным выбором для маломощных приложений (Rp < 0,6 мОм). Благодаря встроенной системе подавления поля рассеяния датчик оказывается нечувствительным к воздействию внешних магнитных полей.

Датчик может использоваться не только для измерения тока, но и для эффективной защиты от коротких замыканий, например, в усилителях мощности. TLI4970 определяет короткие замыкания в соответствии с заданным значением порогового тока. Благодаря особой структуре сигнального тракта для распознавания аварии датчику требуется около 1,8 мкс. Чтобы оптимизировать работу системы защиты с учетом требований конкретного приложения, разработчик может не только запрограммировать пороговое значение тока, но и использовать дополнительные фильтры, встроенные в TLI4970. Так как все элементы измерительной системы интегрированы в датчик, то его чрезвычайно легко калибровать.

TLI4970 является одним из первых токовых датчиков, который использует для обмена 16-битный SPI-интерфейс. Датчик объединяет дифференциальные усилители, фильтры и систему цифровой обработки сигналов. Благодаря встроенной гальванической развязке он способен работать с напряжениями до 600 В и выдерживать испытательные напряжения до 3600 В.

Для оценки работы TLI4970 предлагается простой и удобный отладочный набор Current Sensor 2GO (рисунок 5). По своему функционалу он аналогичен набору 3D Sensor 2GO. Он включает в себя следующие компоненты: TLI4970-D050T4 (датчик тока с цифровым интерфейсом), XMC1100 (микроконтроллер с процессорным ядром с ARM® Cortex®-M0), J-Link Lite Debugger (отладчик на основе микроконтроллера XMC4200), разъем микро-USB для питания и связи с ПК, элементы защиты от обратной полярности и от статики, программную утилиту с графическим интерфейсом для ПК (доступна для бесплатной загрузки).

Рис. 5. Отладочная плата Sensor 2Go для датчика тока TLI4970

Рис. 5. Отладочная плата Sensor 2Go для датчика тока TLI4970

Быстрое измерение скорости

Датчик Холла TLE4922 обнаруживает движение и положение объектов из ферромагнитных материалов по изменению магнитного поля. В качестве объекта может выступать магнитный кодирующий диск энкодера или шестеренка из ферромагнетика. TLE4922 способен выполнять точные измерения при работе с простыми и недорогими магнитами с широким диапазоном зазоров. Этот датчик отличается высокой стойкостью к вибрациям и скачкообразным изменениям воздушного зазора. Он может обеспечивать точное определение скорости в диапазоне частот до 8 кГц.

TLE4922 особенно подходит для конфигурации TIM (Twist Independent Mounting). Таким образом он способен заменять пассивные резистивные датчики в автомобильных приложениях. Он также отличается хорошими показателями джиттера.

Датчик имеет защиту от коротких замыканий, перегрева и обратного напряжения. Хорошие показатели ЭМС и высокая стойкость к статике делают его подходящим для использования в приложениях с самыми суровыми условиями эксплуатации. Датчик доступен в четырехвыводном корпусе SSO-4-1.

Для оценки работы TLE4922 предлагается простой в эксплуатации отладочный комплект Speed-Sensor-2GO. Комплект включает плату с магнитным датчиком (TLE4922-XAN) и ферритовый магнит производства Bomatec. Подключение платы к ПК производится с помощью USB-разъема. Программная утилита с графическим интерфейсом отображает цифровые и расчетные аналоговые данные в реальном времени, например, значение воздушного зазора, температуру, частоту.

Отладочная плата Speed-Sensor-2GO может работать в качестве составной части устройства пользователя. Набор также может использоваться автономно в качестве инструмента для измерения магнитного поля. Внутренняя архитектура предлагаемого решения соответствует линейному датчику Холла. С помощью TLE4922 разработчики могут оценить расположение модулей относительно магнитных объектов.

Оригинал статьи

•••

Наши информационные каналы

О компании Infineon

Компания Infineon является мировым лидером по производству силовых полупроводниковых компонентов, а также занимает ведущие позиции по производству автомобильной полупроводниковой электроники и смарт-карт.  В 2015 году компания Infineon приобрела компанию International Rectifier, тем самым значительно усилив свои лидирующие позиции в области силовой электроники. Это сочетание открывает новые возможности для клиентов, так как обе компании превосходно дополняют друг друга благодаря высокому уровню ...читать далее

Товары
Наименование
TLV493DA1B6HTSA2 (INFIN)
TLV493D-A1B62GOKIT (INFIN)
TLV493DA1B6MS2GOTOBO1 (INFIN)
TLI4970D025T4XUMA1 (INFIN)
TLI4970D025T5XUMA1 (INFIN)
TLI4970D050T4XUMA1 (INFIN)
TLE4922XINFHALA1 (INFIN)
TLE4922-XAN-F (INFIN)
TLE4922MS2GOTOBO1 (INFIN)
TLV493D-A1B6 3D MAGNETIC SENSOR 2GO EVALUATION KIT SET (INFIN)
TLV493D-A1B6 (INFIN)
XMC4200F64F256ABXQMA1 (INFIN)
XMC4200F64K256BAXQSA1 (INFIN)
XMC4200Q48K256BAXUMA1 (INFIN)
XMC1302T016X0032ABXUMA1 (INFIN)
XMC1302T038X0200ABXUMA1 (INFIN)
XMC1302-T016X0016 AA (INFIN)
TLI4970-D050T4 (INFIN)
S2GOPRESSUREDPS310TOBO1 (INFIN)
S2GO3DSENSETLV493DTOBO1 (INFIN)