Безопасная парковка: ультразвуковые датчики от Elmos Semiconductor

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).

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).

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).

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).

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.

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.

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