|
Датчики Melexis
для автомобилей
Уже более десяти лет Melexis разрабатывает и производит различные виды электронных компонентов для транспортного сектора. Линейка продукции состоит из датчиков Холла, радиочастотных схем, датчиков давления, акселерометров, инфракрасных и оптических датчиков, гироскопов, схем бесконтактного распознавания, автомобильных микроконтроллеров и встроенных автомобильных систем на чипе. Melexis является поставщиком практически для всех производителей автомобилей в Германии, а также для тройки производителей-лидеров во Франции и США. Сегодня более 200 моделей автомобилей используют продукцию Melexis.
На сегодняшний день основными направлениями разработок для автомобильной промышленности являются электронное измерение и передача информации. Это привело к разработке датчиков, использующих эффект Холла и поверхностные звуковые волны (SAW).
Уменьшение количества движущихся частей до минимума и исключение трущихся соединений — основа долговременной стабильной работы и большого срока службы в датчиках, которые обнаруживают такие виды движения, как ускорение и величину отклонения.
В последние несколько лет произошло заметное увеличение интереса к дистанционному измерению, начавшееся с появлением основанных на радарных измерениях датчиках для автоматического круиз-контроля и парковочных датчиках, бесконтактного доступа к автомобилю и объемных охранных датчиках. Это все привело к необходимости разработки так называемых «умных датчиков», которые позволяют передавать данные с высокой производительностью на центральный компьютер, обрабатывающий их и возвращающий необходимые управляющие сигналы. В настоящее время много разработок посвящено и безопасности управления транспортным средством. В ходовой автомобилей с EPS, например, целью разработок является упрощение определения траектории движения автомобиля. Одновременно повышенный интерес проявляется к разработке датчиков состояния масла в двигателе, работающих на принципе сравнения технических параметров масла (проводимость) и эффективности смазки.
Управление двигателем - датчики Холла
Одной из наиболее важных функций в автомобиле является управление двигателем. Уже достаточно давно датчики Холла полностью заменили механические переключатели в различных системах.
В середине 80-х зажигание в автомобилях было переведено на датчики Холла, и сейчас автомобильный рынок потребляет более 40 миллионов этих датчиков в год. Начав производство более десяти лет назад, на сегодняшний момент Melexis является признанным лидером в этой области.
Melexis использует исключительно CMOS-технологию, что позволяет минимизировать дрейф температурной чувствительности — основную причину потерь. В результате разработчики получают устройства, имеющие минимальные размеры, высокую надежность и возможность работы в широком диапазоне напряжений, начиная от 2,2 В.
Компания Melexis первой разработала программируемые датчики на основе эффекта Холла, которые явились новой ступенью в области твердотельных переключателей.
MLX90215 — это программируемый линейный датчик Холла, выполненный по CMOS-технологии. Частотные характеристики (амплитуда и смещение) полностью программируются. Кроме того, программируется напряжение на выходе, чувствительность, направление сдвига и величина температурного дрейфа.
Принцип работы программируемого датчика Холла MLX90215 заключается в следующем. При погружении в магнитное поле датчик генерирует аналоговый сигнал, пропорциональный величине поля. Процесс программирования происходит с использованием устройства PTC. Микросхема переводится в режим программирования увеличением напряжения питания. В этом режиме последовательность битов передается в датчик через выходной вывод. Когда напряжение питания возвращается в нормальный режим (5 В), датчик
возвращается в рабочее состояние.
MLX90215 может быть запрограммирован в двух режимах: либо для RAM-, либо для ROM-использования. При использовании незапрограммированного датчика его выход будет примерно 99% от напряжения нагрузки (4,95 В) с нерегулируемой чувствительностью менее чем 5 мВ/мТл.
В случае программирования в режиме RAM датчик может быть запрограммирован бесконечное число раз и при отключении питания программируемые биты будут сброшены в нулевое значение.
Данный режим полезен при настройке и тестировании датчика и не подходит для рабочего режима использования. В ROM-режиме программируемые биты прожигаются и не могут в дальнейшем быть перезаписаны.
Бесконтактные датчики на основе эффекта Холла используются в качестве датчиков положения, движения и поворота, а также в других узлах автомобиля, таких, как педаль газа и тормоза, для измерения плотности и уровня жидкости, в качестве расходометра, тахометра, индикатора скорости и ускорения, индикатора состояния ремня и подушек безопасности.
Ходовая часть и климат-контроль
Все большее распространение в автомобильной промышленности приобретают оптические и инфракрасные датчики. Оптические датчики используются в качестве датчиков дождя, датчиков срабатывания подушек безопасности, определения местонахождения, определения помех и многих других.
MLX90255 — линейка оптических датчиков, состоящих из массива 128х1 фотодиодов, связанных общим усилителем с функцией экстрополяции. Управление упрощается благодаря внутренней схеме контроля, которой из внешних компонентов необходим только последовательный вход и часы. Выход и сброс интегратора контролируется 132-битным переключающим регистром и логикой.
MLX90255 имеет широкую область применения, включающую в себя сканирование изображений, считывание кодов, оптическое распознавание и контакное воспроизведение изображений, определение местоположения, шифрование.
Инфракрасные термодатчики, разработанные Melexis, объединяют в себе миниатюрный термоэлемент в виде микросхемы и схему программируемого интерфейса. Устройство выполнено на одной печатной плате и может применяться для бесконтактного измерения температуры с точностью 0,1 °C в диапазоне от –50 до +1000 °C. Микросхема программируемого интерфейса содержит сдвоенный малошумящий усилитель с минимальным дрейфом, стабилизатор напряжения, цифровой интерфейс SPI.
Бельгийская гоночная команда «Астромеда», участвующая в гонках в «Формуле-3000» разработала инфракрасный модуль с тремя датчиками, который используется для оптимизации температуры шин для каждого круга во время гонки. Слишком холодные шины не обеспечивают достаточное сцепление с дорогой. Слишком горячие шины сильно изнашиваются и также не обеспечивают необходимое сцепление. Для своевременного мониторинга этих изменений «Астромеда» разработала многофункциональный бесконтактный температурный модуль, использовав в качестве основы температурный датчик MLX90601.
Это позволило оптимально задавать давление в шинах, контролировать их состояние и экономить время прохождения каждого круга.
Семейство модулей MLX90601 — это многофункциональные инфракрасные термодатчики, которые используются для формирования и преобразования сигналов, их линеаризации и температурной компенсации в окружающей среде. Модули разработаны на основе интерфейса MLX90313, который использует высокостабилизированные усилители, позволяющие производить преобразования высокого качества. Сенсорный элемент MLX90247 — дискретный инфракрасный термоэлемент. Все модули калибруются на заводе.
В октябре 2002 года на выставке инженерных разработок в Дерборне компания Melexis представила лучшую разработку 2002 года — LED-драйвер MLX10801.
Драйвер открывает новый сегмент рынка в автомобилестроении. Он может быть использован в различных приложениях, таких как стеклоподъемники, внутреннее освещение салона, дополнительные стоп-сигналы, сигналы поворота и другие.
Другим достижением прошлого года явилась разработанная Melexis CMOS-камера. Лучший рабочий диапазон, частота смены кадров, более высокий диапазон температур делают CMOS-решения лучшими для систем изображения в транспортной электронике.
Р. Диелз, менеджер данного направления, комментирует успех проекта: «Существует много производителей IC-камер. Однако они не пригодны для использования в автомобильных приложениях. В данном сегменте рынка обязательными характеристиками являются строгие требования по рабочему диапазону, времени отклика, а также по антиблюмингу. Блюминг — это неблагоприятный эффект засветки и пропадания части изображения камеры при попадании интенсивного источника света в поле зрения камеры. Melexis представляет камеры, удовлетворяющие всем этим требованиям, причем с гарантированным качеством и по конкурентоспособной цене. Опыт во внедрении оптических датчиков в EPAS-системы в последние годы позволяет говорить о занятии компанией лидирующих позиций в автомобильных оптических системах».
Передача данных внутри автомобиля
Важным направлением развития компании являются разработки в области BUS-продуктов. Melexis представил новую разработку — LIN-схемы передачи данных для автомобильной промышленности. Схема может управлять всеми внутренними коммуникациями, такими, как открывание замка, поворот зеркал, переключение системы отопления салона, система аварийной сигнализации. Все управляющие переключатели контролируются одним LIN-контроллером, передающим управляющие сигналы на несколько подчиненных регулирующих контроллеров.
Melexis предлагает широкий выбор LIN-приемопередатчиковот наипростейших до высокоинтегрированных контроллеров, имеющих встроенный регулятор напряжения, с низким потреблением и отличными EMI-характеристиками.
TH806х — серия LIN-контроллеров со встроенным регулятором напряжения «все на чипе». Такая компоновка значительно сокращает время вычислений и делает возможной разработку недорогого набора регуляторов, соединенных в единую линию с централизованным управлением. Все контроллеры серии совместимы с широким рядом применяемых в настоящее время микроконтроллеров и удовлетворяют существующим стандартам в этой области. Они имеют низкое потребление в режиме «stand by» — всего 25 мкА. Имея встроенную схему управления этим режимом, приемопередатчик «просыпается» при появлении сигнала на шине или от микроконтроллера. Он генерирует сигнал сброса при помощи встроенной схемы сброса от внешней цепи.
Регулируемое время сброса и напряжения сброса дает дополнительные возможности в конфигурации микроконтроллеров. Встроенный регулятор напряжения выдает на выходе 5 В ±2%. Встроена защита от перенапряжения и перегрева.
Решения LIN-контроллеров были разработаны совместно с ведущими автомобильными производителями Audi, Volkswagen, BMW, Daimler-Chrysler и Volvo в поисках недорогих схем коммуникаций для работы с шинами CAN.
Мы рассмотрели лишь часть применяемой в автомобильной промышленности продукции фирмы Melexis. Около 70% серийных продуктов разрабатывается именно для автомобилестроения. Это и датчики давления, и радиочастотные приемопередатчики, и таймеры, и многое другое. Об этих устройствах пойдет речь в следующей статье.
Виктория Мамыкина
|
