TMD3700 - датчик приближения, освещения и цвета от ams

| ams AG

Компания ams славится своим особым подходом к созданию датчиков. Этот подход заключается в достижении максимальной функциональности за счет интеграции множества различных сенсоров и вспомогательных блоков в одном малогабаритном корпусе. Например, новые микросхемы TMD3700 объединяют в себе три 16-битных датчика цвета (синий, зеленый, красный), 16-битный датчик освещенности, датчик приближения с разрешением 8 бит, инфракрасный светодиод, логику управления, систему питания и контроллер I2C.

Многофункциональная микросхема TMD3700 от ams

Рис. 1. Многофункциональная микросхема TMD3700 от ams

 Микросхемы и датчики для современных мобильных приложений должны обеспечивать  высокую функциональность, малые габариты и минимальный уровень потребления. Иногда эти требования противоречат друг другу, а иногда хорошо сочетаются.

Как известно, в современных микросхемах полупроводниковые кристаллы имеют весьма скромные размеры, а конечные габариты определяются корпусным исполнением. Это особенно заметно при использовании стандартных корпусов (SOIC, TSSOP и т. д.). Если же отказаться от стандартных решений и использовать собственную упаковку, то можно добиться значительного выигрыша в размерах без потери функциональности.

С другой стороны, если поместить в одном корпусе несколько датчиков, то можно оптимизировать число вспомогательный блоков. Например, для всех встроенных сенсоров реально использовать общие цепи питания и тактирования, один блок управления и один контроллер коммуникационного интерфейса (например, I2C, SPI и т. д.).

Интеграция нескольких датчиков в одном корпусе также позволяет уменьшить число коммуникационных линий, тем самым упрощая схему включения и разводку печатной платы. Кроме того, становится возможным оптимизация режимов пониженного потребления, что, как было сказано выше, является важным фактором для современных мобильных приложений с аккумуляторным питанием.

Примером использования предложенного подхода с максимальным уровнем интеграции являются микросхемы и датчики от компании ams. Инженеры из ams формируют набор целевых сенсоров, организуют общие блоки управления и питания и помещают полученное решение в уникальный корпус оптимального типоразмера. В результате пользователи получают многофункциональную систему с минимальными габаритами и низким потреблением. Все это относится и к новым микросхемам датчиков TMD3700x.

TMD3700 -­ система в корпусе, включающая в себя: три датчика цвета (синий, зеленый, красный), датчик освещенности, датчик приближения со встроенным инфракрасным светодиодом, четыре 16-битных АЦП для датчиков цвета и освещенности, 8-битный АЦП для датчика приближения, логику управления, систему питания и тактирования цифровой части схемы, источник тока для питания ИК-светодиода, контроллер I2C (рис. 2).

Структурная схема SIP-микросхемы TMD3700 от ams

Рис. 2. Структурная схема SIP-микросхемы TMD3700 от ams

Все перечисленные датчики и функциональные блоки умещаются в одном 8-выводном малогабаритном корпусе размером 4,00x1,75x1,00 мм (рис. 3).

Корпус и расположение выводов TMD3700

Рис. 3. Корпус и расположение выводов TMD3700

Датчики цвета и датчик уровня общей освещенности используют линзу и прозрачное окно, встроенные в корпус микросхемы. Эффективный угол для падающих лучей составляет 45 градусов (рис. 4).

Диаграмма направленности линзы в TMD3700

Рис. 4. Диаграмма направленности линзы в TMD3700

Для каждого из датчиков цвета и освещенности предназначен индивидуальный фотодиод (рис. 5). При этом для сенсоров цвета ширина спектра оказывается достаточно узкой. Это сделано для уменьшения влияния других длин волн и для получения точных результатов. Центральные длины волн для этих датчиков составляют 465/ 530/ 620 нм. Спектр датчика освещенности достаточно широкий - от 400 до 700 нм.

Спектр датчиков цвета и освещенности в TMD3700

Рис. 5. Спектр датчиков цвета и освещенности в TMD3700

Выходные аналоговые сигналы, снимаемые с датчиков цвета и освещенности, могут быть усилены с коэффициентами 0,25/ 1/ 4/ 16/ 64. Их оцифровка производится с помощью 16-битных АЦП. Характеристика преобразования оказывается практически линейной (рис. 6).

Характеристика преобразования датчиков цвета и освещенности в TMD3700

Рис. 6. Характеристика преобразования датчиков цвета и освещенности в TMD3700

Оптическая система TMD3700 имеет фильтры УФ и ИК-излучения. Последний факт важен для устранения влияния ИК-светодиода, используемого для датчика приближения. Длина волны излучения ИК-светодиода составляет 950 нм.

Датчик приближения позволяет определять расстояние до объекта вплоть до 15 см. При этом дальность обнаружения зависит от четырех факторов (рис. 7):

  • величины тока через ИК-светодиод;
  • числа измерительных импульсов;
  • длительности измерительных импульсов;
  • коэффициента усиления выходного сигнала фотоприемника (1/ 2/ 4/ 8).

Зависимость чувствительности датчика приближения от различных факторов

Рис. 7. Зависимость чувствительности датчика приближения от различных факторов

При выборе состава сенсоров для микросхемы TMD3700 разработчики явно ориентировались на мобильные приложения: смартфоны, планшеты и игровые устройства. В частности, датчик приближения может быть использован для определения положения рук над экраном устройства, что важно для игр и для определения поднесен ли телефон к уху пользователя. Датчики освещенности и цвета необходимы для корректировки настроек дисплея. Они позволяют подстраивать яркость экрана при различных уровнях освещения и регулировать  подсветку в зависимости от составляющих спектра окружающего фонового света.

Так как речь идет о мобильных приложениях, то одним из ключевых факторов при выборе микросхем является уровень потребления. В данном случае TMD3700 показывает вполне адекватные результаты. В активном режиме ток потребления составляет до 150 мкА без учета тока ИК-светодиода. В режиме ожидания, когда датчики неактивны, ток падает до 60 мкА. С помощью команд по I2C пользователь может отключить систему тактирования и перевести TMD3700  в спящий режим. В таком случае потребление составит и вовсе 5 мкА.

Схема подключения TMD3700 достаточно проста (рис. 8). Она требует наличия всего лишь нескольких пассивных компонентов: резисторов подтяжки на I2C, блокирующих конденсаторов и защитного резистора по питанию.

Схема включения SIP-микросхемы TMD3700

Рис. 8. Схема включения SIP-микросхемы TMD3700

Для максимально быстрого ознакомления с возможностями микросхем TMD3700 следует воспользоваться отладочным набором TMD3700 EVM (рис. 9). Этот набор включает: основную плату с установленным микроконтроллером PIC, дочернюю плату с модулем TMD3700, USB-кабель.

Внешний вид отладочного набора TMD3700 EVM

Рис. 9. Внешний вид отладочного набора TMD3700 EVM

Работа с отладочным набором ведется с помощью прикладной программы для ПК, которую можно скачать с сайта ams. Данная утилита позволяет в режиме реального времени настраивать датчики и получать результаты их измерений (рис. 10).

Окно программы для работы с отладочным набором TMD3700 EVM

Рис. 10. Окно программы для работы с отладочным набором TMD3700 EVM

Характеристики приемопередатчика TMD37003:

  • Встроенные датчики: датчик приближения, датчик освещенности, датчики цвета (R, G, B);
  • Диапазон измеряемого уровня освещенности: 100 мЛк…60 кЛк;
  • Длины волн пиковой чувствительности датчиков RGB: 465 нм, 530 нм, 620 нм;
  • Разрядность встроенного АЦП датчиков освещенности и цвета: 16 бит;
  • Разрядность встроенного АЦП датчика приближения: 8 бит;
  • Длина волны ИК-диода: 950 нм;
  • Коммуникационный интерфейс: I2C;
  • Адрес в сети I2C: 39h (29h по запросу TMD37007);
  • Ток потребления: до 150 мкА в активном режиме, до 60 мкА в режиме ожидания, до 5 мкА в режиме сна;
  • Напряжение питания: 1,7...2,0 В (цифровое питание), 3,3 В для питания ИК-светодиода;
  • Диапазон рабочих температур: -0…+85°C;
  • Корпус: 8-выводной 4,00x1,75x1,00 мм.

Состав отладочного набора TMD3700 EVM:

  • основная плата для подключения к ПК через USB-интерфейс. Построена на базе микроконтроллера PIC;
  • дочерняя плата с модулем TMD3700;
  • USB-кабель.
Производитель: ams AG
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
TMD37003
TMD37003
ams AG
Арт.: 2290704 ИНФО PDF
Поиск
предложений
TMD3700 ­ система в корпусе, включающая в себя: три датчика цвета (синий, зеленый, красный), датчик освещенности, датчик приближения со встроенным инфракрасным светодиодом, четыре 16-битных АЦП для датчиков цвета и освещенности, 8-битный АЦП для датчика приближения, логику управления, систему питания и тактирования цифровой части схемы, источник тока для питания ИК-светодиода, контроллер I2C
TMD37003 251,51
-
Поиск
предложений
TMD3700 EVM
TMD3700 EVM
ams AG
Арт.: 2290705 ИНФО PDF
Доступно: 5 шт.
Выбрать
условия
поставки
Отладочный набор TMD3700 EVM для максимально быстрого ознакомления с возможностями микросхем TMD3700. В набор входит: основная плата с установленным микроконтроллером PIC, дочерняя плата с модулем TMD3700, USB-кабель.
TMD3700 EVM 47729,87
5 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки