ACAM

PICOSTRAIN – микросхемы - преобразователи сигналов с тензорезистивных и резистивных датчиков в цифровой код, построенные с использованием время-цифрового преобразования.

Одной из основных сфер использования этих микросхем являются электронные весы с очень низким энергопотреблением, что позволяет создавать малогабаритные электронные схемы для весов в относительно новых секторах рынка: карманные весы, весы работающие на солнечных батареях, например для почтовых отделений, весы для ванных комнат, весы с беспроводным интерфейсом, например для крановой техники и другие.

Сравнительный анализ метода Picostrain относительно традиционных АЦП в отношении точности измерения:

Измерения в области тензометрии ставят достаточно много вопросов перед разработчиками. Вследствие изменения сопротивления тензодатчика всего лишь на 0,2% от полной шкалы, для получения хорошего разрешения приходится использовать мостовые схемы, выделяющие разностный сигнал. Однако, проблемы на этом не кончаются. Достаточно маленький по уровню разностный сигнал приходится усиливать, затем подавать на АЦП. При этом шумовая составляющая сигнала от внутренних и внешних источников мешает получать доступными недорогими методами высокого разрешения. Важной помехой в разработке недорогих качественных измерителей веса, является и дороговизна АЦП, обеспечивающих реально высокое разрешение, например 20 разрядов.

Использование технологии PICOSTRAIN, от компании АСАМ, значительно упрощает создание недорогих, точных и стабильных в условиях реальной эксплуатации весовых изделий.

Краткое описание метода PICOSTRAIN:

Время-цифровой преобразователь, работая по принципу подсчёта образцовых импульсов за время длительности измеряемого временного интервала, измеряет длительность разряда конденсатора через сопротивление тензодатчика и выдаёт цифровой код, соответствующий изменению этого сопротивления под действием нагрузки. Чистый, высокий по уровню сигнал разряда конденсатора не несёт с собой каких-либо помех. Пикосекундное разрешение ВЦП при измерении длительности обеспечивает достаточную точность, а запатентованные Acam алгоритмы обработки сигнала компенсируют температурные и другие погрешности.

Вследствие импульсной природы измерений веса по методу Picostrain и использованию в технологическом процессе изготовления микросхем только CMOS структур, которые практически не потребляют мощности в состоянии покоя, метод позволяет достичь очень низких параметром энергопотребления. На сегодня он является единственным на рынке компактным решением для разработки электронных весов с питанием от солнечных батарей. 

Общие достоинства метода  PICOSTRAIN

·          не требуется отдельный источник   питания для тензодатчиков
·          не требуется полномостовая измерительная схема, достаточно полумостовой
·          низкий ток через тензодатчики (полный ток потребления системы падает до нескольких микроампер!)
·          возможны цифровые измерения внешней температуры через дополнительный терморезистор
·          не требуется точное образцовое напряжение
·          очень легко варьировать на основе одной схемы диапазоном измерений, точностью и током потребления
·          значительно расширенный температурный диапазон измерений

Номенклатура микросхем использующих метод PICOSTRAIN

PS021 -  микросхема преобразователь сопротивления датчика в цифровой последовательный код с последовательным интерфейсом

PS08 – микросхема класса система на кристалле для преобразования сопротивления датчика в цифровой код со встроенным микропроцессором и драйвером ЖКИ

PS021 – микросхема в области цифровой обработки аналоговых сигналов. Она принадлежит к третьему усовершенствованному поколению микросхем семейства PICOSTRAIN (первое поколение представляла микросхема PS01, второе PS02). Изменение сопротивлений тензорезисторов преобразуется в цифровой код по принципу PICOSTRAIN без использования аналоговых компонентов на основе технологии время-цифровых преобразователей фирмы ACAM. Цифровые технологии значительно упрощают применение данных микросхем в конструкциях измерительных приборов, а низкая цена позволяет разрабатывать на их основе высокоточные электронные весы, как для бытовых, так и для промышленных применений. Очень низкое потребление - менее до 15 мкА включая датчик, позволяет на основе PS021 конструировать приборы (например, весы) с автономным питанием от батареек или солнечных элементов, в том числе с беспроводным интерфейсом для работы в местах не оборудованных электричеством. По точности PS021 соответствует изделиям, использующим сложные в эксплуатации 24-битные АЦП.  Устройство имеет SPI совместимый последовательный интерфейс для коммуникаций с микроконтроллером или DSP. Широкий диапазон рабочих температур от -40С до +120С позволяет эксплуатировать весы с преобразователями PS021  как в помещениях, так и в полевых условиях. Выпускается PS02 в корпусе TQFP48  и сверхкомпактном корпусе QFN48.

Для реализации полной схемы весов на базе микросхемы PS021 достаточно практически любого современного микроконтроллера с выходом на цифровой индикатор.

Основные свойства PS021:

·          цифровая измерительная схема, основанная на CMOS технологии
·          подключение до двух полномостовых или до четырёх полумостовых измерительных  схем
·          подключение полумостовых измерительных схем не ведёт к потери точности
·          сопротивление тензорезистора от 350 Ом до 10 Ком
·          компенсации сдвига и задержек разделены, что не требует подстройки моста
·          программируемое реальное разрешение до 19-бит  (500000 делений или 20 нВ среднеквадратичного) при 5 Гц частоте обновления измерений
·          50 Кгц частота измерений для высокоскоростных приложений при измерении давления (при 4 КГц нормируется 12,4 ENOB – эффективное число бит преобразования)
·          высокая температурная стабильность – ошибка усиление 1 ррм\С
·          один источник питания для микросхемы и тензорезистора от +1,8 В до +5,5 В
·          не требуется прецизионный источник опорного напряжения
·          до 15 мкА потребление включая датчик, при частоте опроса 1 Гц, 10 ENOB-  эффективных битов преобразования и сопротивлении тензодатчика 1 КОм
·          SPI совместимый интерфейс для подключения к микроконтроллеру
·          возможность подключения емкостных датчиков
·          рабочий диапазон температур от  -40?С до +120 ?С
·          простая внешняя схемотехника с недорогими доступными компонентами

Загрузить документацию по PS021.

 

PS08 -  Микромощная инновационная микросхема класса система на кристалле  PS08 компании Acam предлагает производителям весовой техники новые возможности в разработке недорогих автономных  торговых и бытовых весов работающих от литиевых источников питания или от солнечных батарей. Она также будет интересна производителям весовой техники, работающей в режимах беспроводных интерфейсов. Система на кристалле PS08 представляет собой практически полный специализированный комплект для изготовления весов. В её состав входят; 24-х разрядный микропроцессор с мощным встроенным арифметическо-логическим устройством, электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ (EEPROM), драйвер ЖКИ, интерфейсные схемы и запатентованный Acam преобразователь сигналов с тензодатчиков, базирующийся на метрологии  PICOSTRAIN с использованием время цифровых преобразователей. Параметры по току потребления PS08 являются на сегодня лучшими в промышленности для микросхем класса система на кристалле для весов. С подключёнными тензодатчиками микросхема потребляет в режиме измерений  около 100 мкА при шкале 5000 отметок на частоте опроса 5 Гц . Это примерно в 10-20 раз лучше, чем у систем с классическими аналого-цифровыми преобразователями.

Прибор созданный на основе PS08 может работать от одной литиевой батарейки очень долгое время (до 10 лет!). Важно также, что PS08 – единственное в мире решение, которое позволяет сделать весы работающие от солнечной энергии. Максимальная же мощность системы обеспечивает до 80000 делений стабильной шкалы  при 500000 инструментальных. Запас преобразователя по разрешению (до 28 rms), высокая стабильность показаний при изменении температуры и низкая цена позволяет использовать PS08 и во всех
стандартных торговых весах с разрешением 10000 единиц.

Параметры PS08:

- Аналого цифровой процессор PICOSTRAIN c 19 битным разрешением (2мВ/В).
- Возможность соединения с полумостом, полным мостом,  четырехэлементным мостом и мостом Уитстона.
- Микропроцессор с 24 битной структурой данных
- 1 К x 8 бит EEPROM программная память с поддержкой от генератора повышенного напряжения, не нуждающаяся в организации дополнительного питания для программирования.
- 3 Kбит ПЗУ программ с 48 битными умножителями и делителями или преобразователями двоичного кода в семисегментный
- Восьмиуровневый  аппаратный стек
- Встроенный микромощный осциллятор 10 KГц с потреблением 100 нА
- Драйвер для внешнего 4-х мегагерцового керамического осциллятора
- Ток потребления 0,7 мкА в режиме активного таймера
- 5 программируемых вводов-выводов общего назначения
- 4 x 14, 3 x 15, 2 x 16 драйвер ЖКИ
- Встроенный генератор подкачки заряда для управления ЖКИ на 2.0 В, 2.5 В и 3.0 В
- Встроенный источник опорного напряжения для мониторинга питания батарей и  стабилизации питания ЖКИ.
- Порты для измерения температуры с использованием недорогого внешнего карбонового резистора
- Сторожевой таймер
- Последовательный SPI интерфейс для программирования EEPROM или операций с внешним микропроцессором
- Напряжение питания от 2,2 до 3,6 В обеспечивает полное  функционирование прибора,  при питании до 1,5 В режим без  возможности программирования EEPROM и измерений напряжения.
- Рабочий ток потребления системы до 15 мкА на частоте измерений 3 Гц и 2000 делений.
- Поставка в корпусе QFN56 или в виде кристаллов с шагом 115 мкм.

Загрузить документацию по PS08.