česky english Vítejte, dnes je středa 24. červenec 2024

Převod kapacity na číslo. 32bitové DSP rozliší 8 aF

DPS 2/2018 | Články
Autor: Ing. Jan Robenek

Rychlost, rozlišení a také vlastní spotřebu budeme schopni vhodně optimalizovat s novými strukturami front-endu kapacitního snímání PICOCAP. Seznamte se s obvody převodníku PCap04 pro číslicové vyjádření kapacity od společnosti ams [1] vybavenými vlastním procesorem DSP pro zpracování dat. Zkratka CDC zde odkazuje na „Capacitance-to- Digital Converter“.

Obr. 1 Převodníkům CDC se šesti kanály 32bitové DSP rozhodně sluší [2]

Baterii ne, DSP ano

Nový konfigurovatelný front-end pro výrobce senzorů s blokovým diagramem na obr. 2 firma představila v listopadu [2]. S ohledem na rychlost zde zachytíme a digitalizujeme až padesát tisíc měření za vteřinu. Preciznost a s ní spojené pomalejší vzorkování pak umožní pracovat s rozlišením dosahujícím až 8 aF (2,5 Hz, 10 pF). A slíbili jsme též proudové odběry – to pak v nízkopříkonovém režimu strukturou protékají pouze 4,0 μA. V ams proto mohli nachystat vývojovou desku bez nutnosti tradičního externího zdroje, kdy potřebnou energii pro PCap04 dostáváme z vf pole generovaného NFC čtečkou, třeba chytrým telefonem.

Obr. 2 Blokový diagram front-endů PCap04 [1]

Vlhkost i zrychlení

Obvody se šesticí měřicích kanálů využijeme ve spojení s jakýmkoli snímacím prvkem reagujícím změnou své kapacity. Zpracujeme a vyhodnotíme tak např. informace o tlaku, působící síle, poloze, náklonu, vlhkosti, hmotnosti, úrovni hladiny apod. Výstup surových hodnot naměřené kapacity řešíme přes PWM či PDM. Jak jsme již ale zmínili, prvek nabídne též 32bitový signálový procesor, možnost linearizací, teplotních kompenzací a ve výsledku číslicovou podobu provázanou s rozhraním I²C nebo SPI. Na vstupu očekáváme femtofarady, stejně jako stovky nanofaradů.

Obr. 3 ams nezapomíná ani na vývojové desky [4]

Nové konfigurovatelné prvky PCap04 s interní referencí 1 až 31 pF podpoří hned několik režimů připojení pro jednoduché nebo i rozdílové senzory vztažené buď k zemi (tj. celkem šest kapacit), nebo plovoucí (až tři kondenzátory). Výrobce nabízí čipy o rozměrech 1,588 × 1,46 mm stejně jako pouzdra typu QFN-24, teplotní rozsah –40 °C až +85 °C (+125 °C), 4 k NVRAM, 6× GPIO a pro DSP zajišťující post-processing třeba i open source kód. Vedle napájecího napětí v rozsahu od 3,0 do 3,6 V bude za jedno plastové provedení při odběru tisíc kusů očekávat 7,5 dolaru.

Pro úplnost, nízkopříkonové struktury CDC PCap02 [3] vzorkují až na 500 kHz, mohou odebírat již od 2 μA a „ztrácet“ se začínají okolo 15 aF (rms). Pouzdra typu QFN-32 přináší celkem osm kanálů, 48bitové zpracování a napájena mohou být již od 2,1 V.