TI 感测技术方面的创新产品和设计(三) - 电感式传感器

还有接下来是款很有意思的传感器

可能没有听说过

叫电感式传感器

那字面上的意思叫电感传感器

用来干嘛的，测电感嘛

它怎么测电感很简单

大家在高中物理我们都学过

LC 谐振线圈

一个 LC 谐振线圈

它的振荡频率

或者等效阻抗都是固定的，对吧

如果它振荡的线圈圈数等等都是固定的

那么它的等效的电阻

应该叫阻抗，精确地讲

等效电感其实都是固定的

那为什么这里面有个 d 会变呢

原因是因为我有导电的物体接近了

一旦我有个导电的物体

接近我这个谐振线圈的时候

那整个组成的它的一个系统

它的等效的电阻、等效阻抗

或者说等效的电感都会发生变化

而且是随着我靠近的距离发生变化的

那这里面就是有个 x

有个方程了，对不对

我电感的变化

它有个未知量

就是我的 x

那个 x 就是这个距离 d

那我的芯片是用来干嘛的呢

很简单

我就来测试不停变化的这个电感

从而知道我的 x

从而知道我的 d

那所以从这么简单的一个描述

我相信这个一个很重要的应用是说

我这个东西能用来干嘛

简单嘛，测距离嘛

我测一个金属离我多近

所以这就是 LDC 的

一个基本的简单的一个功能介绍

那它的 LC 谐振线圈有两种形式

一种是用这种弹簧式的这种谐振线圈也可以做

那大部分客户

因为我们在电路板实现这种东西

肯定是不会选择这种

这种比较麻烦

然后会选择这种用 PCB 板形式实现的

这样一个谐振线圈

加上我这个 LDC

那这整个就构成了一个电感式的传感器

大家可以看到

一个导电物体或者金属物体

接近它的时候不停地接近

然后我这个值会不停输出电感的变化

从而知道我接近这样距离的一个应用

到目前为止

我们在这种技术下面

开发出来芯片已经有七个

LDC1000 是 13 年的时候

12 年年底的时候

或者 13 年初的时候

最早推出来的

那在基于 LDC1000 基础上

有 1041、1051

那么现在最新的我们已经有

最新的 family

就是 LDC1612、1614、1312、1314

这四颗

可以来做这种相关的应用

待会我会跟大家介绍这个东西

一个最大的有意思的地方是做什么东西

那 LDC1612、1614

它是一个 28 位的电感量的

一个输出的一个转换器

也就是说我输出值是 28 位的一个电感量

能精确地分辨到

28 位分辨率的一个电感量的变化

它是分为两通道和四通道

1612 是两通道，1614 是四通道

也就意味着我两通道接两颗 PCB 线圈

四通道能接四颗

这是一些基本参数

那能够干嘛呢

因为应用比较多了

就我们现在在做很多应用

举个例子

点钞机里面现在国家规定有一个新的功能

我要测试我这张钱是不是破损的

测试我这张钱是不是重叠的

折叠过的

测试我这张钱是不是上面粘了胶带的

所以它需要检测钱的一个厚度

而且是分区域检测钱的厚度

因为整张钱的厚度都要检测出来

所以刚才给大家介绍 LDC

就是用来测接近距离的

所以大家能想到一个

在点钞机里一个什么应用吗

不能叫点钞机

叫清分机

一张钱滑过去之后

它的滑轮会被钱的厚度抬起来

对不对

我在厚度上面放一块金属板

在金属板上面再并行放很多颗传感器

每个传感器分别负责不同的

钱的这个区域

一张钱哗哗划过去之后

它的上面的对应的单个传感器

就能检测我这块负责区域的钱币的厚度

为什么能做这个事情

因为大家知道一张新的一百元人民币

我不知道大家有没有概念

它是多厚呢

一张新的一百块钱人民币的厚度是 100μm

如果你用了一年两年之后

它一般会在120~130μm之间变化

如果你折叠、或者缺角、或者粘东西了

那变化就更大了

这就更容易检测了

我们的 LDC 是能检测微米级的一个精度

所以这是一个现在目前

TI 在做的一个比较好的一个应用

检测钱的厚度主要是因为它的分辨率高

而且很快速

因为钱一张出去很快地一张过去

那这里简单只是提一下这个应用

那还有一个很有意思的应用

也是现在很多客户有兴趣的

包括很多大家电的客户有兴趣做什么

做金属触摸按键

我相信大家的家里的油烟机

应该都是玻璃的

玻璃的触摸的电容式的

就是上面油烟机

是上面金属那一条是玻璃的，对不对

上面画一些按键啊

转速啊、灯啊

你手一摁就好了

这些都是电容式的

那你有没有想象过一种油烟机很有意思

它的整个上面的油烟机的一个东西

全是不锈钢一体铸成的

没有任何的玻璃什么在上面

大家可以想像这个

那下一个问题是说那我的按键放在哪里

我的按键就放在那一层不锈钢后面面板下面

把我的四个或者五个小的 PCB 的

刚才那个线圈放在后面一定距离

只要我想摁哪个按键

我只要在不锈钢上手指花 100~200g 的力气

就正常的按键力气下去

不锈钢发生形变

然后按键就实现了

那这是目前在家电里面应用

除了家电智能化、装 WiFi、做各种传感器

很多家电厂商在外形上下功夫的一个方向

所以 LDC 就帮他们实现了这样一种功能

好处其实蛮多的

就是我就这样一体成型的时候

首先它根本就不怕油不怕烟

我是一体的不怕漏水

而你如果用家里的抽油烟机

如果用普通玻璃的这种电容式的话

沾了油烟

你用水可能用太湿的水还可能不能大力擦

或者它有时候会误动作等等

由于受到油烟的干扰

那用这种就完全不用

而且电容式触摸按键有个很大问题是

戴着手套是不行的

你可能要戴特别手套

然后这个就不怕

因为什么

我很简单

我不用表面这种接触

我是一点形变

让它形变完成了这样一个动作的

所以 LDC 就是用来能做这个事情

那这里显示的一个图

右下角这个图就是 TI 的一个 Demo

这里的厚是 0.6mm 的不锈钢

和 0.8mm 厚的不锈钢

那基本上 0.8mm 不锈钢的一个厚度

是家电里的一个级别了

像大家在家里的那个抽烟机上的那个厚度

基本上是 0.8mm 或者到 1mm 厚度的

那这是家电里的一个应用

另外一个就是蛮有意思的

就是很多工业类的客户

就在工厂里的这种人机界面

它很多键盘都是各种损耗型的

这种摁下去啪啦啪啦损耗型的

或者金属啊或者各种塑料啊

那有了这种技术

它的键盘也可以做全金属一体成型的

这样一个金属键盘

在抗灰尘抗干扰方面都有不错的一个性质

特别在外形的体验感上面就会不一样

原理很简单

就是刚才我跟大家介绍的是说靠形变

多大的形变

微米级的形变

所以左边是一张没有摁下去的图

右边是你花了一点点力气

摁下去的一个示意图

下面的线圈就能感受到我的电感发生变化

从而知道你这个按键是被摁下

那更有甚者是说

我除了识别这样一个

有没有摁下的一个动作之外

我还知道你摁下的力有多大

因为你的接近距离不一样

你的力的大小是不一样的

所以它除了检测这个

有没有摁下的动作之外

它还能知道我摁了多大力

这是一个蛮有意思的一个事情

能用来干很多事情

那说到应用领域

就是像家电是一块

很多家电厂商都有在看这种

新技术做的各种新型的外观

一体成型的外观

然后刚才说的清分机里面

检测清洁钱币厚度的

那还有一个其实像 POS 机

大家去银行取钱的时候

ATM 机上会发现

这个键盘其实都是金属的

但它那个金属的键盘都是

一个个出来的机械按键，对吧

不是一体成型的

都凸起来的单个的一个按键

所以其实像这种 ATM 客户

POS 机客户他在想

那我把这个键盘也做成全金属的

是不是可靠性会更好一点

我的防盗性会更好一点

所以这也是一个有意思的应用

还有汽车里等等

TI 还也有这样一个参考设计

大家在网上可以去看到

里面装了 audio 和触觉反馈的

一些东西在里面

你摁一下按键它会震的

就像手机触摸按键一样这种感觉

让用户的体验感更强

所以这个是也在网上有的

那如果大家有兴趣的话

就是有这种比较创新的 idea

是说我也要做这种类型按键等等

可以跟我们的友商这边的同事

还有 TI 这边的杭州本土的 FAE 销售团队联系

来拿到这个 Demo 去玩一下

还有接下来是款很有意思的传感器

可能没有听说过

叫电感式传感器

那字面上的意思叫电感传感器

用来干嘛的，测电感嘛

它怎么测电感很简单

大家在高中物理我们都学过

LC 谐振线圈

一个 LC 谐振线圈

它的振荡频率

或者等效阻抗都是固定的，对吧

如果它振荡的线圈圈数等等都是固定的

那么它的等效的电阻

应该叫阻抗，精确地讲

等效电感其实都是固定的

那为什么这里面有个 d 会变呢

原因是因为我有导电的物体接近了

一旦我有个导电的物体

接近我这个谐振线圈的时候

那整个组成的它的一个系统

它的等效的电阻、等效阻抗

或者说等效的电感都会发生变化

而且是随着我靠近的距离发生变化的

那这里面就是有个 x

有个方程了，对不对

我电感的变化

它有个未知量

就是我的 x

那个 x 就是这个距离 d

那我的芯片是用来干嘛的呢

很简单

我就来测试不停变化的这个电感

从而知道我的 x

从而知道我的 d

那所以从这么简单的一个描述

我相信这个一个很重要的应用是说

我这个东西能用来干嘛

简单嘛，测距离嘛

我测一个金属离我多近

所以这就是 LDC 的

一个基本的简单的一个功能介绍

那它的 LC 谐振线圈有两种形式

一种是用这种弹簧式的这种谐振线圈也可以做

那大部分客户

因为我们在电路板实现这种东西

肯定是不会选择这种

这种比较麻烦

然后会选择这种用 PCB 板形式实现的

这样一个谐振线圈

加上我这个 LDC

那这整个就构成了一个电感式的传感器

大家可以看到

一个导电物体或者金属物体

接近它的时候不停地接近

然后我这个值会不停输出电感的变化

从而知道我接近这样距离的一个应用

到目前为止

我们在这种技术下面

开发出来芯片已经有七个

LDC1000 是 13 年的时候

12 年年底的时候

或者 13 年初的时候

最早推出来的

那在基于 LDC1000 基础上

有 1041、1051

那么现在最新的我们已经有

最新的 family

就是 LDC1612、1614、1312、1314

这四颗

可以来做这种相关的应用

待会我会跟大家介绍这个东西

一个最大的有意思的地方是做什么东西

那 LDC1612、1614

它是一个 28 位的电感量的

一个输出的一个转换器

也就是说我输出值是 28 位的一个电感量

能精确地分辨到

28 位分辨率的一个电感量的变化

它是分为两通道和四通道

1612 是两通道，1614 是四通道

也就意味着我两通道接两颗 PCB 线圈

四通道能接四颗

这是一些基本参数

那能够干嘛呢

因为应用比较多了

就我们现在在做很多应用

举个例子

点钞机里面现在国家规定有一个新的功能

我要测试我这张钱是不是破损的

测试我这张钱是不是重叠的

折叠过的

测试我这张钱是不是上面粘了胶带的

所以它需要检测钱的一个厚度

而且是分区域检测钱的厚度

因为整张钱的厚度都要检测出来

所以刚才给大家介绍 LDC

就是用来测接近距离的

所以大家能想到一个

在点钞机里一个什么应用吗

不能叫点钞机

叫清分机

一张钱滑过去之后

它的滑轮会被钱的厚度抬起来

对不对

我在厚度上面放一块金属板

在金属板上面再并行放很多颗传感器

每个传感器分别负责不同的

钱的这个区域

一张钱哗哗划过去之后

它的上面的对应的单个传感器

就能检测我这块负责区域的钱币的厚度

为什么能做这个事情

因为大家知道一张新的一百元人民币

我不知道大家有没有概念

它是多厚呢

一张新的一百块钱人民币的厚度是 100μm

如果你用了一年两年之后

它一般会在120~130μm之间变化

如果你折叠、或者缺角、或者粘东西了

那变化就更大了

这就更容易检测了

我们的 LDC 是能检测微米级的一个精度

所以这是一个现在目前

TI 在做的一个比较好的一个应用

检测钱的厚度主要是因为它的分辨率高

而且很快速

因为钱一张出去很快地一张过去

那这里简单只是提一下这个应用

那还有一个很有意思的应用

也是现在很多客户有兴趣的

包括很多大家电的客户有兴趣做什么

做金属触摸按键

我相信大家的家里的油烟机

应该都是玻璃的

玻璃的触摸的电容式的

就是上面油烟机

是上面金属那一条是玻璃的，对不对

上面画一些按键啊

转速啊、灯啊

你手一摁就好了

这些都是电容式的

那你有没有想象过一种油烟机很有意思

它的整个上面的油烟机的一个东西

全是不锈钢一体铸成的

没有任何的玻璃什么在上面

大家可以想像这个

那下一个问题是说那我的按键放在哪里

我的按键就放在那一层不锈钢后面面板下面

把我的四个或者五个小的 PCB 的

刚才那个线圈放在后面一定距离

只要我想摁哪个按键

我只要在不锈钢上手指花 100~200g 的力气

就正常的按键力气下去

不锈钢发生形变

然后按键就实现了

那这是目前在家电里面应用

除了家电智能化、装 WiFi、做各种传感器

很多家电厂商在外形上下功夫的一个方向

所以 LDC 就帮他们实现了这样一种功能

好处其实蛮多的

就是我就这样一体成型的时候

首先它根本就不怕油不怕烟

我是一体的不怕漏水

而你如果用家里的抽油烟机

如果用普通玻璃的这种电容式的话

沾了油烟

你用水可能用太湿的水还可能不能大力擦

或者它有时候会误动作等等

由于受到油烟的干扰

那用这种就完全不用

而且电容式触摸按键有个很大问题是

戴着手套是不行的

你可能要戴特别手套

然后这个就不怕

因为什么

我很简单

我不用表面这种接触

我是一点形变

让它形变完成了这样一个动作的

所以 LDC 就是用来能做这个事情

那这里显示的一个图

右下角这个图就是 TI 的一个 Demo

这里的厚是 0.6mm 的不锈钢

和 0.8mm 厚的不锈钢

那基本上 0.8mm 不锈钢的一个厚度

是家电里的一个级别了

像大家在家里的那个抽烟机上的那个厚度

基本上是 0.8mm 或者到 1mm 厚度的

那这是家电里的一个应用

另外一个就是蛮有意思的

就是很多工业类的客户

就在工厂里的这种人机界面

它很多键盘都是各种损耗型的

这种摁下去啪啦啪啦损耗型的

或者金属啊或者各种塑料啊

那有了这种技术

它的键盘也可以做全金属一体成型的

这样一个金属键盘

在抗灰尘抗干扰方面都有不错的一个性质

特别在外形的体验感上面就会不一样

原理很简单

就是刚才我跟大家介绍的是说靠形变

多大的形变

微米级的形变

所以左边是一张没有摁下去的图

右边是你花了一点点力气

摁下去的一个示意图

下面的线圈就能感受到我的电感发生变化

从而知道你这个按键是被摁下

那更有甚者是说

我除了识别这样一个

有没有摁下的一个动作之外

我还知道你摁下的力有多大

因为你的接近距离不一样

你的力的大小是不一样的

所以它除了检测这个

有没有摁下的动作之外

它还能知道我摁了多大力

这是一个蛮有意思的一个事情

能用来干很多事情

那说到应用领域

就是像家电是一块

很多家电厂商都有在看这种

新技术做的各种新型的外观

一体成型的外观

然后刚才说的清分机里面

检测清洁钱币厚度的

那还有一个其实像 POS 机

大家去银行取钱的时候

ATM 机上会发现

这个键盘其实都是金属的

但它那个金属的键盘都是

一个个出来的机械按键，对吧

不是一体成型的

都凸起来的单个的一个按键

所以其实像这种 ATM 客户

POS 机客户他在想

那我把这个键盘也做成全金属的

是不是可靠性会更好一点

我的防盗性会更好一点

所以这也是一个有意思的应用

还有汽车里等等

TI 还也有这样一个参考设计

大家在网上可以去看到

里面装了 audio 和触觉反馈的

一些东西在里面

你摁一下按键它会震的

就像手机触摸按键一样这种感觉

让用户的体验感更强

所以这个是也在网上有的

那如果大家有兴趣的话

就是有这种比较创新的 idea

是说我也要做这种类型按键等等

可以跟我们的友商这边的同事

还有 TI 这边的杭州本土的 FAE 销售团队联系

来拿到这个 Demo 去玩一下