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La famiglia di sensori Freescale

sensori di accelerazione, sensori di pressione, sensori di prossimità

Freescale Semiconductor è un’azienda leader nel settore della sensoristica elettronica, in grado di offrire una completa ed ampia gamma di sensori di accelerazione, pressione, e prossimità.
Con oltre 25 anni di esperienza nella progettazione e nella fabbricazione di sensori, ed oltre 750 milioni di unità MEMS consegnate, Freescale Semiconductor è in grado di soddisfare la domanda del mercato relativa alle soluzioni basate sui sensori elettronici.


Sensori di accelerazione


I sensori di acelerazione offerti da Freescale Semiconductor sono tutti basati sulla tecnologia MEMS (Micro Mechanical Electrical Systems) e sono particolarmente adatti alla misura delle variazioni di forza associate a fenomeni di caduta, movimento, vibrazione, urto, e posizionamento. Questi dispositivi sono in grado di rilevare accelerazioni a partire da 1.5g e fino a 200g, e possono disporre di sensibilità su asse singolo, su asse doppio, oppure su asse triplo (assi di sensibilità X, XY, XYZ, oppure Z). Gli accelerometri sono composti da due unità collocate all’interno dello stesso chip, come mostrato nella figura seguente:

  • g-cell (il trasduttore di accelerazione): si tratta di un’unità fabbricata con tecnologia micromachined con un sensore di tipo capacitivo composto da molti raggi connessi ad una massa centrale in grado di muoversi liberamente tra di essi. L’accelerazione applicata al sensore fa muovere la g-cell modificandone la capacità. L’unità g-cell è ermeticamente sigillata sul layer di silicio, creando così un sensore robusto ed affidabile. La g-cell è progettata in modo tale che la sua frequenza di risonanza sia molto maggiore della frequenza di cut-off del filtro passa-basso all’interno del dispositivo: in questo modo, la frequenza di risonanza non ha alcun effetto sulla risposta dell’accelerometro.
  • un circuito integrato (un’ASIC in tecnologia CMOS): la sua funzione è quella di misurare le variazioni di capacità della g-cell e di calcolare il corrispondente valore di accelerazione. Altre operazioni eseguite da questo chip sono: amplificazione del segnale, signal conditioning, filtro passa-basso, e compensazione della temperatura. Il segnale di uscita prodotto dall’IC di controllo è di tipo raziometrico e proporzionale all’accelerazione.

Questi sensori sono molto veloci, e presentano un basso assorbimento di corrente e bassa tensione di alimentazione. Possono essere divisi in due gruppi: sensori analogici e sensori digitali. I sensori analogici vengono normalmente interfacciati con dei convertitori analogico digitali (ADC), sempre più spesso integrati nei comuni microcontrollori. Proprio per questo motivo, il loro segnale di uscita ha un offset di 2.5V in modo tale che possono essere misurate accelerazioni sia positive che negative. Il valore di DC offset in uscita può anche essere modificato sulla base delle richieste formulate dal cliente. I sensori digitali sono invece disponibili con interfaccia I2C oppure SPI.
I sensori di accelerazione hanno anche una funzione di autodiagnosi che verifica l’integrità elettrica e meccanica del sensore; questa funzionalità può essere attivata sia prima che dopo l’installazione del componente ed è particolarmente utile per applicazioni critiche come ad esempio i sistemi airbag. Gli accelerometri Freescale forniscono inoltre un pin di stato in grado di segnale una condizione di malfunzionamento o guasto quale: tensione di alimentazione al di sotto della soglia prestabilita (LVD, acronimo di Low Voltage Detection threshold), malfunzionamento dell’oscillatore, ed errore di parità dell’EPROM interna. La condizione di errore può poi essere rimossa eseguendo la procedura di autodiagnosi: tuttavia, essa verrà nuovamente attivata nel caso in cui almeno una delle condizioni sopra indicate sia verificata. Le tipiche applicazioni dei sensori di accelerazione sono le seguenti:

  • settore automotive: airbag, sistemi di rilevamento della collisione, sistemi di interruzione dell’alimentazione (attivati in caso di urto violento), sistemi di frenata, sistemi per il monitoraggio della pressione degli pneumatici (Tire Pressure Monitoring System), sistemi per il controllo della stabilità
  • settore industriale e di consumo: videogiochi e consolle, protezione degli hard disk, GPS dead reckoning, lettori MP3, stabilizzazione dell’immagine, sistemi di navigazione, bussola elettronica, rilevamento del movimento
  • settori sanitario e fitness: pedometri, sistemi per la riabilitazione, sistemi diagnostici e per la medicina in campo sportivo


Sensori di pressione


Freescale Semiconductor dispone di un’ampia gamma di sensori di pressione; tutti i dispositivi sono basati sulla tecnologia MEMS, con una struttura in silicio di tipo micromachined ed elettromeccanico. La famiglia di sensori fornisce dei dispositivi in grado di misurare pressioni fino a 150 psi (1000 KPa) incluse pressioni positive e negative, con funzionalità di compensazione della temperatura, calibrazione, e signal conditioning. I sensori possono essere raggruppati in tre categorie principali:

  • differenziali: la pressione è applicata ad entrambe le facce opposte dell’elemento sensibile (P1 e P2 nella figura seguente), ed il sensore misura la differenza di pressione esistente tra i due punti
  • gauge: la pressione è applicata sulla faccia superiore del sensore (P1 in figura), mentre la faccia inferiore viene mantenuta alla pressione atmosferica ambientale
  • assoluti: la pressione è applicata solo alla faccia superiore del sensore, mentre la faccia inferiore è sigillata sotto vuoto direttamente sul substrato durante la fabbricazione, ottenendo una pressione di riferimento come visualizzato in figura

Tipiche applicazioni dei sensori di pressione sono le seguenti:

  • settore automotive ed avionico: indicatori di velocità dell’aria, misura del flusso dell’aria, altimetri, sistema di controllo per l’espulsione del seggiolino pilota, indicatori del livello carburante, sospensioni a controllo elettronico, sistemi tire pressure monitoring (TPMS)
  • settore industriale e di consumo: barometri, indicatori di velocità di flusso, bilance, robotica, sistemi per il filtraggio dell’aria e dell’acqua
  • settore medicale e fitness: misura della pressione del sangue, monitoraggio del cuore, dialisi, analisi del sangue e del siero


Sensori di prossimità


I sensori di prossimità sono usati in applicazioni nelle quali è richiesto il riconoscimento della prossimità degli oggetti senza necessariamente avere un contatto con essi. Questi sensori sono particolarmente adatti per piccole e semplici interfacce uomo-macchina in cui vengono coinvolti soltanto alcuni controlli (detti anche “touchbutton”). Freescale Semiconductor ha recentemente annunciato una nuova serie di sensori di prossimità capacitivi dotati di un’interfaccia I2C: l’MPR031 e l’MPR032. I sensori MPR03X sono stati progettati per operare sia nella configurazione con due elettrodi (o “touch panel”) e linea di interrupt (IRQ) abilitata, oppure nella configurazione con tre elettrodi ed IRQ disabilitato. La tensione di alimentazione media è molto bassa (circa 8 μA) consentendo in questo modo una longevità elevata anche per piccole batterie. Questi dispositivi hanno delle dimensioni molto compatte: solamente 2 x 2 x 0.65 mm in contenitore dual flat ad 8-pin senza piombo (DFN) e richiedono solamente una resistenza esterna da 75 KΩ con tolleranza dell’1%. Le applicazioni tipiche dei sensori MPR03X sono: cellulari, lettori multimediali, auricolari Bluetooth, controllo remoto, periferiche per PC, controllo dell’illuminazione, sveglie ed orologi, lampade da tavolo, dimmer, e prodotti elettronici in generale. L’interfaccia I2C consente la comunicazione con un host controller con una velocità massima fino a 400 kbps, mentre gli indirizzi I2C sono prefissati ed impostati a 0x4A (per l’MPR031) e a 0x4B (per l’MPR032).

Utilizzando entrambi gli MPR03X nello stesso circuito è possible disporre da 4 a 6 elettrodi, a seconda che il pin di IRQ sia usato o meno. Quando viene usato, il pin di IRQ segnala all’host controller ogni variazione dello stato dell’elettrodo (può trattarsi sia di un evento di pressione che uno di rilascio); l’host controller può successivamente acquisire lo stato dell’elettrodo leggendo il registro associato sul dispositivo. Gli MPR03X dispongono di una funzionalità integrata di calibrazione che continuamente corregge il valore di riferimento della capacità di ciascun elettrodo; l’host controller deve solamente impostare le soglie di variazione riferite agli eventi di pressione e di rilascio.
In figura è mostrato uno schema a blocchi dell’MPR03X: si osservi la semplicità del cablaggio richiesto ed il multiplexing del pin /IRQ-ELE2.

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ritratto di Nirvana20

Sensori di prossimità freescale

Ciao, volevo sapere di più sulla gamma dei sensori di prossimità, le caratteristiche tecniche, ed i prezzi. Grazie mille buona giornata.

 

 

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