Signalkonditionierer Sensorlinearisierung mit integriertem 48-Bit-DSP

Vor allem die Konsumgüterindustrie präsentiert immer komplexere Anwendungen mit mehreren Sensoreingängen, was den Sensorikmarkt beflügelt. Fabless-Sensorik-Hersteller acam messelectronic hat deshalb auf Basis seiner Zeit-Digital-Wandler-Technologie eine Reihe leistungsstarker Sensor-Signalkonditionierer mit mehreren Analog-Eingängen entwickelt.

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

SPEA GmbH Systeme f. professionelle Elektronik und Automation

congatec GmbH

acam-messelectronic GmbH

Laut einer Studie des französischen Marktforschers Yole Développement wird der MEMS-Markt bis 2017 sein starkes Wachstum beibehalten und jährlich in Stückzahlen um 20% zulegen. Die Markttrends sind klar umrissen, vor allem für die Konsumgüterindustrie, in der immer ausgefeiltere Anwendungen mehrere Sensoreingänge erfordern.

Der Fokus hat sich vom eigenständigen MEMS-Sensor-Chip auf die Entwicklung integrierter Systeme verschoben, bei denen ein MEMS ein integraler Bestandteil einer kompletten Sensor-Systemlösung ist. Unternehmen reagieren auf den Trend, ein komplexes System in einem einzigen Baustein zu integrieren und abzubilden, in dem sie bei der MEMS-Produktentwicklung verstärkt auf Kombo-Sensoren setzen, die unterschiedliche physikalische Größen wie Druck, Beschleunigung, Temperatur und Zeit berechnen.

Die mit den MEMS erzeugten Sensorsignalen bzw. die gewonnen Parameter der MEMS werden in einem oft schon im System integrierten Signalkonditionierer aufbereitet. Damit werden Störungen durch eventuell vorhandene Nichtlinearitäten und andere Einflüsse erfolgreich ausgeglichen.

Für diesen Zweck hat acam messelectronic auf Basis der eigenen Time-to-Digital-Wandler-Technologie (TDC) eine Reihe leistungsstarker Sensor-Signalkonditionierer mit mehreren analogen Eingängen entwickelt. Mit PICOCAP bietet der Fabless-Hersteller eine Familie von Capacitance-to-Digital-Convertern an, die man laut eigenen Angaben als Universallösungen bezeichnet werden können. Das patentierte PICOCAP-Messprinzip bietet vielfältige Möglichkeiten zur außerordentlich genauen Kapazitätsmessung bei minimalem Stromverbrauch.

„Für die Vermessung von Kondensatoren gibt es mit PICOCAP praktisch keine Einschränkung“, konstatiert Georg Jedelhauser, Vertriebsleiter und VicePresident Sales bei acam, „der Baustein kann Werte von einigen fF bis zu mehreren hundert nF präzise ermitteln (1 fF=10-6 µF). Viele heute im Markt verfügbaren Sensoren stellen die physikalische gemessene Größe wie Druck, Temperatur, Bewegung oder Geschwindigkeit als Änderung in einer Kapazität dar. Mit PICOCAP können diese Werte äußerst präzise erfasst werden. Unter anderem ermöglicht speziell die TDC-Messmethode der PICOCAP-Bausteine eine sehr geringe Stromaufnahme von wenigen μA bei einer Genauigkeit bis 21 Bit und hohen Aktualisierungsraten bis 500.000 Messungen pro Sekunde.“

Der PCap02 bietet wie sein Vorgänger PCap01 ein hohes Maß an Flexibilität, doch wurde er mit einer Vielzahl von neuen Funktionen ausgestattet. Beispielsweise einer internen Referenzkapazität, durch die sich externe Komponenten einsparen lassen. Das neu eingeführte EEPROM ermöglicht die Speicherung von anwenderspezifischen Kalibrierungsdaten. Zusätzlich wurden Verbesserungen für den Betrieb mit Feuchtigkeits- und MEMS-Sensoren vorgenommen, um störendes Oszillieren der Sensoren zu vermeiden. Aufgrund des freiprogrammierbaren internen 48-Bit-DSP kann der Baustein komplexe Operationen an den erfassten Daten direkt auf dem Chip durchführen. Jedelhauser: „So gelingt es beispielsweise, eine Sensorlinearisierung zu einem Bruchteil der Leistung, die vergleichbare Chips dafür aufwenden müssen, durchzuführen.“

Basis des Messprinzips ist die präzise Zeitmessung

(ID:39401770)