РадиоЛоцман - Все об электронике

Безопасная парковка: ультразвуковые датчики от Elmos Semiconductor

Elmos E524.32

Компания Elmos Semiconductor занимается разработкой и производством различных электронных компонентов: драйверов электродвигателей, интерфейсных микросхем (CAN, LIN и др.), микросхем питания (DC/DC, LDO, драйверов светодиодов), специализированных ИС (ASIC) и датчиков (оптических, ультразвуковых, термопар и др.). Особое положение в портфолио компании занимают микросхемы для ультразвуковых датчиков. В настоящий момент к услугам разработчиков предлагаются трансформаторные и бестрансформаторные сенсоры 2-го поколения. При этом для бюджетных решений повышенный интерес представляют именно новейшие бестрансформаторные датчики DirectDrive (Рис. 1).

Ультразвуковые бестрансформаторные датчики для эффективных ультразвуковых решений
Рис. 1. Ультразвуковые бестрансформаторные датчики
для эффективных ультразвуковых решений.

Более шести лет назад компания Elmos Semiconductor представила первое поколение микросхем для ультразвуковых сенсоров E524.02/03 с радиусом действия 20…400 см и корпусным исполнением QFN20L4. Эти микросхемы обеспечивали частоту модуляции звука 40…58 кГц и требовали дополнительного трансформатора. В 2015 году было представлено второе поколение микросхем E524.08/09 с расширенным радиусом действия. Для них минимальный радиус «слепой зоны» составляет всего 10 см, в то время как максимальное расстояние было увеличено до 600 см. Модуляция звука в E524.08/09 выполняется в диапазоне 30…83 кГц.

Новые микросхемы E524.08/09 имеют ту же схему включения и то же корпусное исполнение, что и предшественники из первого поколения сенсоров. К сожалению, они также требуют дополнительного трансформатора и сопутствующих компонентов (конденсаторов и резисторов) (Рис. 2).

Типовые схемы включения ультразвуковых трансформаторных датчиков 2-го поколения E524.08/09
Рис. 2. Типовые схемы включения ультразвуковых трансформаторных датчиков 2-го поколения E524.08/09.

Использование трансформатора и громоздких пассивных компонентов приводит к целому ряду недостатков, в том числе к увеличению габаритов и повышению стоимости. Кроме того, для получения качественных показателей помехозащищенности требуется четырехслойная топология печатной платы и двухстороннее размещение компонентов, что также повышает стоимость ультразвукового датчика (Рис. 3).

Ультразвуковые датчики 2-го поколения E524.08/09 требуют трансформатора. Это приводит к увеличению габаритов и усложнению топологии печатной платы
Рис. 3. Ультразвуковые датчики 2-го поколения E524.08/09 требуют трансформатора. Это приводит
к увеличению габаритов и усложнению топологии печатной платы.

Чтобы устранить перечисленные недостатки, в Elmos Semiconductor было решено выпустить семейство микросхем DirectDrive для бестрансформаторных ультразвуковых датчиков. Пионерами в этом сегменте стали сенсоры E524.05/06/07. Они могли обходиться без трансформатора, а также без сопутствующих конденсаторов и резисторов. Однако расплатой за это стало сужение радиуса ультразвукового «зрения» до 25…250 см. Естественно, что работа над совершенствованием сенсоров продолжалась, в результате чего в 2017 году на суд разработчиков было предложено второе поколение микросхем DirectDrive.

Ультразвуковые бестрансформаторные датчики 2-го поколения E524.32/33/34/35 имеют ту же бестрансформаторную схему включения и корпусное исполнение, что и у предшественников (Рис. 4).

Типовые схемы включения ультразвуковых бестрансформаторных датчиков 2-го поколения E524.32/33
Рис. 4. Типовые схемы включения ультразвуковых бестрансформаторных датчиков 2-го поколения E524.32/33.

Интересно, что все перечисленные выше трансформаторные и бестрансформаторные сенсоры используют одно и то же сверхкомпактное корпусное исполнение QFN20L4 и практически идентичные схемы включения. В итоге с точки зрения компоновки печатной платы наблюдается минимум изменений (Рис. 5).

 Ультразвуковые трансформаторные датчики E524.08/09 и новые бестрансформаторные датчики E524.32/33/34/35
Рис. 5.  Ультразвуковые трансформаторные датчики E524.08/09 и новые
бестрансформаторные датчики E524.32/33/34/35.

В то же время отсутствие трансформаторов и громоздких конденсаторов дает целый ряд преимуществ при использовании E524.32/33/34/35 (Рис. 6):

  • Сокращение числа компонентов;
  • Упрощение монтажа печатной платы и переход к одностороннему размещению компонентов;
  • Упрощение топологии печатной платы;
  • Переход от четырехслойных к двухслойным ПП;
  • Снижение габаритов;
  • Сокращение стоимости.
Преимущества ультразвуковых бестрансформаторных датчиков E524.32/33/34/35
Рис. 6. Преимущества ультразвуковых бестрансформаторных датчиков E524.32/33/34/35.

Как было сказано выше, первое поколение DirectDrive значительно уступало по радиусу действия трансформаторным решениям. В новых микросхемах E524.32/33/34/35 ситуация улучшилась: они способны обнаруживать стандартное препятствие (столб диаметром 75 мм) на дистанциях от 10 до 400 см (Рис. 7). Таким образом, E524.32/33/34/35 превосходят не только бестрансформаторные, но и трансформаторные датчики первого поколения.

Эволюция бестрансформаторных датчиков от Elmos Semiconductor
Рис. 7. Эволюция бестрансформаторных датчиков от Elmos Semiconductor.

Микросхемы E524.32/33/34/35 способны модулировать частоту ультразвука в диапазоне 30…83 кГц. В них также значительно улучшена защита от статики и от электромагнитных помех.

Для взаимодействия с датчиками используется двух- или трехпроводной интерфейс. В настоящее время к услугам разработчиков предлагаются четыре модели:

  • E32 (наименование E52432A52C) – микросхема с 2-проводным интерфейсом;
  • E33 (наименование E52433A52C ) – микросхема с 3-проводным интерфейсом с подтяжкой к напряжению питания;
  • E34 (наименование E52434A52C) – микросхема с 3-проводным 3.3 В интерфейсом;
  • E35 (наименование E52435A52C) – микросхема с 3-проводным 5 В интерфейсом.

Пользователь может самостоятельно запрограммировать микросхемы датчиков для работы в ближнем, среднем и дальнем диапазоне. Также допускается ручная настройка пороговых значений срабатывания и коэффициента усиления.

Микросхемы E524.32/33/34/35 обеспечивают целый ряд диагностических функций: мониторинг напряжения питания, контроль температуры, обнаружение коммуникационных ошибок, измерение колебаний частоты.

Для ускоренного освоения новых датчиков разработчикам рекомендуется использовать готовые наборы:

  • K52433-0001 – референсный модуль ультразвукового датчика E3;
  • K5240x-0001 – демонстрационные наборы с фирменным программным обеспечением.

Характеристики ультразвуковых бестрансформаторных датчиков E524.32:

  • Код заказа: E52432A52C;
  • Частота звуковой модуляции: 30…83 кГц;
  • Интерфейс: 2-проводный, VSUP;
  • Напряжение питания (VSUP): 6…18 В;
  • Диапазон рабочих температур: -40…+85 °С;
  • Корпус: QFN20L4.

О производителе

Elmos Semiconductor – немецкий производитель электронных компонентов: драйверов электродвигателей, интерфейсных микросхем (CAN, LIN и др.), микросхем питания (DC/DC, LDO, драйверов светодиодов), специализированных решений (ASIC) и датчиков (оптических, ультразвуковых, термопар и др.).

Посмотреть более подробно технические характеристики ультразвуковых бестрансформаторных датчиков  компании Elmos

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя