TI传感器的工业应用-上篇

我先自我介绍一下

我叫姚宇 是TI传感器这条线的AE

我今天主要讲的是包含三个部分

第一个是电感仪器 然后第二个是电流传感器

最后一个 超声

我们先到电感这个

关于电感 我先介绍一下基本原理

因为我们知道这边的最基本的 其实我们也是用的这个原理

就是斜分的一个方式

LC斜分像这个是PPU的图像

这边是一个电源 这边是一个线圈

LC 然后LD connect 上LDC芯片以及一个谐振墙

外面的金属距离上的远近会改变它原有的电磁场

它实际的原理是在金属上面产生很多小涡流

从而改变它原有的场墙

这样改变它的电感量

等一下这个电动部分 等效于一个点压线模型

它的金属和电感的距离相当于之间一个偶的系数感应

这个次级线接是上面很小的小涡流

初级线接就是我们这边的一个电感

所以我们最终测的是这边的一个电感

那么最后就是

就在这个模型 如果电感和电阻的（听不清）

代表金属距离它的距离所以

所以这就是很简单的一个物理原理

到我们的芯片里面 我们是利用它

可以做一些距离的测量 或者说一些形变的测量

我们可以有两种方式 这个线圈 可以用

我们可以用锡箔线绕出一个空心电感

也可以用PCB上的线圈

实际上PCB的线圈对于我们的量产还有设计上会有很多的优势

LDC电感这种方式提供一些优势

相比霍尔来说 霍尔是需要一个磁铁的

LDC芯片就不需要磁铁

我们用产品结构上的金属 或者只要有金属 就可以

同时 它的测量精度非常高

我们可以达到微米级别的 甚至纳米级别的

但是这个是属于各种机械结构的设计

第三个是 最后一个是我们的sensor

就是LDC和sensor是可以拉得很远的

所以的产品的结构设计来说 我们的芯片可以放在主板上

线圈和电容可以拉到我们的结构上去 需要的那一块

一些针对到具体的应用 我们总结了下面这几个应用 第一个

测量距离 第二个是测量

位移 第三个是旋转的角度

待会儿我会有一些相关的demo来演示 具体的应用

这边下面一个相对来说比较简单 测量脉冲

可以替代像霍尔

提供一些其他的好处

这边是测量弹簧 因为弹簧本身的话 它也是一个电感

弹簧的形变或者压缩或者拉伸

会改变它的电感量 我们的电感传感器可以做到非常准确的

测量它的形变

最后一个是测量金属的成分

这个是指在一个特定的条件下 比如说我相同的一个同样一个装置

我把不同金属放在上面

因为不同金属的电阻率是不一样的

所以它产生的涡流等级不一样 从而最后测量电阻的电感量

不一样 通过这个原理来区分金属的成分

我下面第一个介绍的是LDC0851这个芯片

一样的是电感量的原理

我们这边具体的结构是 两个线圈

这个线圈是我们外置的 具体试验形式我后面会介绍一下

这个是固定的电源 下面是作为一个变化的

我们的自然金属 远离它或者接近它

会改变它的电感量

最终输出一个高低

就这样一个简单的芯片 我们实现了一个检测金属的应用

接下来看一下0851提供的好处

第一个 我们是因为测量电感量

我们是有两个线圈

所以这两个线圈实现了温度的消除

我们看这个图当中 这是个线圈 这边也是一个线圈

它们实际上处于同样一个环境当中

因为我们知道电感随着温度和湿度是有变化的

所以这一个原理取消了温飘的变化

特别是一些需要特别高温的场合

这种开关量就比较适合

这边是布置 MCU 因为输出的是高阶电频 第三个我们切换精度是非常高的

同样的原理因为我们用的是两个线圈

我们不需要磁铁 这样是我们电感传感器本身提供的优势

我们不需要磁铁 我们需要金属就可以

同时我们对于水 油污这些都是可以免疫的

OK 到这边0851的一个具体内部结构的话

给大家介绍了 这边是两个线圈

具体的电感数值 红色的是一个固定的线圈

这个曲线是一个可变的线圈

在这个焦点 它产生一个变化

所以最终输出高低电频

这个 固定量和 变化量实际上在我系统设置的时候就已经确定了

如果我要调节我的阈值怎么办

我们这边有一个AEC

通过外部电阻来配置

很多可以做15级别的一个调节

就是我这个距离切换点可以用走动 也可以用往右移

实际上我任意可调的一个距离

具体的实验方式

我们这边是用PCB来做 因为PCB更加可靠

加上成本会比较低一点

这边是一个层压式的线圈设计

也就是我把两个线圈 PCB线圈是在同一个PCB点上

同一个PCB表上 一个在上面 一个在下面

这样的话就实现了

金属靠近它的时候

前面一个线圈引起了电感变化的棍棒

后面一个线圈引起线圈相对小一些

就是这个原理 产生一个高低电频的变化

第二个很简单了 就是两个线圈 一个在这边 一个在这边

我金属在左侧的时候 相对来说速度会高一些

后来引起这边高低电流变化

这一个应用 大量应用像门上面

我们有很多客户非常喜欢这个方案

因为门磁现在普遍用的是RFID

就是磁动开关

或者用霍尔的方式 你不管用什么方式 这个都是需要磁铁的

磁铁有一个天生的缺点就是说

它是对温度非常敏感

同时磁的量也非常的不确定

所以这里会导致一些

失效 或者切换漂移

同时对于安全方面的应用呢

如果说我外面（听不清）那边去

这个会改变它的 它里面也有触发

所以安全性方面来讲 我们的0851电感传感器相对霍尔来说 可以很好地

其他就是白电里面

像洗碗机的开关 打印机的一些门的开关检测

提一点 这个地方我们要（听不清）

所以可以跟这些相比较 所以在提高高的性能的同时

也可以对成本有一些很高的要求

另外一个就是提供一些比较高可靠性的按键

我不知道一些高数据的按键 特别是防水防油防污 这种

应用场景里面 我们需要一些高寿命的按键

高寿命的按键其实是不便宜的

我们这边提供 一个比较简单的方式 低成本的方式

实现这样一个按键

同样的 这边是一个金属 下面是我们的线圈

我们只要成本最便宜的按键形式 只要器件结构不会损坏

我们的电机线就不会损坏

因为传统按键主要的失效点就是这两个 金属片

它会因为各种氧化腐蚀

最终失效 这个就存在这个问题 我不管这个应用（听不清）是怎么样

只要有一点金属成分我就可以工作的

具体的实践方式 我们可以用这种

波载电

或者这种弹簧式的开关

或者这种开关 任何一个开关都可以

唯一一个要求就是上面有金属就可以了

然后另外一个就是安全设置 设备安全性的应用

因为安全性的应用当中 磁铁是需要避免的

所以像这种ATM机的防拆开关里面

我们可以用这种电感传感器 然后把这种放在门框上面

用结构去做本身的金属就可以了 连传感器也不需要

只需要PCB加一个小芯片就可以了

所以这边我来总结一下电感传感器 电感开关的优缺点

相对于霍尔传感器的话

我们的电感传感器是不需要磁铁的

所以不存在任何的温度问题

它转换点非常准确 传感率相对非常低

第二个 用的是高可靠性的按键

高可靠性的按键 因为我们没有（听不清）所以寿命完全不是问题 取决于

机械结构 最后一个是相对这种关的开关

关的开关我们知道 这种带有油污 水啊这种场合它是不适用的

所以LDC它完全就没问题

这些是我们芯片的一些那个 关于电压 功耗 都放在20微安

在10个（听不清）的时候

转换的点大概在1%的精度

同时电压兼容1.8伏-3.3伏的

芯片封装是小8PIN的DFN的封装

所以 在设计的时候 这边连接两个线圈

这里应该是一个电阻

功耗1.8伏和3.3伏 最好输出一个

高位电频

这些是一个同样的一个电源传感器

芯片 IC61612或者是1614 2和4是两个（听不清）

这个相对于（听不清）的区别呢

这个是一个输出开关的 我们这边输出了一个零序列

也就是前面我们电感线圈然后出了谐振

最后我们自然停在频率上

就是一个数据 我们通过FFC用 MCU实时把它读取出来

也可以理解为这是一个ADC

一个电感的ADC 那我们这边 有两种封装 一种12电感 一种16电感

一般 里面的精度可以达到28bit

所以相对于前面的芯片 它的精度

可以做到非常非常好

所以它可以做到 像刚开始提到的 做距离的检测

或者做一些位移的检测

甚至旋钮的检测 下面给大家看一个demo

这是一个4x4的金属固件

我们知道在一些家用的 像油烟机 厨电类的

油烟机 洗衣机冰箱 然后像一些（听不清）里面

这种框架里面 我如果要做这种按键

或者显示的话 我需要打洞

那我这边提供一种方案就是说 我不需要打洞

我利用（听不清）结构本身的金属壳 PCD 安装在后面

上面（听不清）

就可以了 这边金属很难很难去控制

左边是一个键的结构图

表面上面是传统的一个金属结构

中间是一个支撑层 最下面是一个PCB

通过这三层的阵 （听不清）在按下金属表面的时候

会有一个微小的形变

这个微小的形变其实非常小 小于5微米

甚至在0.8的三（听不清）下面

它会达到1微米以下

下面这个是PCB PCB上有线圈 就是我们刚刚提到（听不清）

所以按下去 它会改变它的电感面

从而识别出按键 这个是很有意思的应用

可以实现完全的精准封装

其实这些应用产品 像这边白电里面

很多 客户非常喜欢

第二种是一些可靠性要求比较高的像（听不清）机

或者是加油站里面的一些按键

像手机 我们甚至可以说（听不清）

用金属壳本身来做按键

最后在汽车里面做一些仪表盘

用一些金属（听不清）的仪表盘

（听不清）

关于这个demo的 （听不清）

这个是我们目前能做大最大的一个拓扑

当然0.8毫米也是目前（听不清）

（听不清）的一个拓扑

然后我们说到上面一些（听不清）的软件 一些算法

具体这边的机制结构 自己再看一下

表面是一层金属 中间是（听不清）

最低端是0.4毫米的PCB板

就PCB放在后面 它夹在中间

形成一个间隙 （听不清）中间的时候 形成一个微小的形变

就（听不清）一个按键

我们可以做金属按键 同样可以做非金属的按键

因为如果需要 金属的按键有一些有点

比如说 可以浮在水上操作

可以（听不清）这种

这种（听不清）的话 我们也可以做塑料按键

但是其实在塑料底下放一层金属

或者说通过（听不清）一个方式

不同类型

只要是任何金属都可以

我先自我介绍一下

我叫姚宇 是TI传感器这条线的AE

我今天主要讲的是包含三个部分

第一个是电感仪器 然后第二个是电流传感器

最后一个 超声

我们先到电感这个

关于电感 我先介绍一下基本原理

因为我们知道这边的最基本的 其实我们也是用的这个原理

就是斜分的一个方式

LC斜分像这个是PPU的图像

这边是一个电源 这边是一个线圈

LC 然后LD connect 上LDC芯片以及一个谐振墙

外面的金属距离上的远近会改变它原有的电磁场

它实际的原理是在金属上面产生很多小涡流

从而改变它原有的场墙

这样改变它的电感量

等一下这个电动部分 等效于一个点压线模型

它的金属和电感的距离相当于之间一个偶的系数感应

这个次级线接是上面很小的小涡流

初级线接就是我们这边的一个电感

所以我们最终测的是这边的一个电感

那么最后就是

就在这个模型 如果电感和电阻的（听不清）

代表金属距离它的距离所以

所以这就是很简单的一个物理原理

到我们的芯片里面 我们是利用它

可以做一些距离的测量 或者说一些形变的测量

我们可以有两种方式 这个线圈 可以用

我们可以用锡箔线绕出一个空心电感

也可以用PCB上的线圈

实际上PCB的线圈对于我们的量产还有设计上会有很多的优势

LDC电感这种方式提供一些优势

相比霍尔来说 霍尔是需要一个磁铁的

LDC芯片就不需要磁铁

我们用产品结构上的金属 或者只要有金属 就可以

同时 它的测量精度非常高

我们可以达到微米级别的 甚至纳米级别的

但是这个是属于各种机械结构的设计

第三个是 最后一个是我们的sensor

就是LDC和sensor是可以拉得很远的

所以的产品的结构设计来说 我们的芯片可以放在主板上

线圈和电容可以拉到我们的结构上去 需要的那一块

一些针对到具体的应用 我们总结了下面这几个应用 第一个

测量距离 第二个是测量

位移 第三个是旋转的角度

待会儿我会有一些相关的demo来演示 具体的应用

这边下面一个相对来说比较简单 测量脉冲

可以替代像霍尔

提供一些其他的好处

这边是测量弹簧 因为弹簧本身的话 它也是一个电感

弹簧的形变或者压缩或者拉伸

会改变它的电感量 我们的电感传感器可以做到非常准确的

测量它的形变

最后一个是测量金属的成分

这个是指在一个特定的条件下 比如说我相同的一个同样一个装置

我把不同金属放在上面

因为不同金属的电阻率是不一样的

所以它产生的涡流等级不一样 从而最后测量电阻的电感量

不一样 通过这个原理来区分金属的成分

我下面第一个介绍的是LDC0851这个芯片

一样的是电感量的原理

我们这边具体的结构是 两个线圈

这个线圈是我们外置的 具体试验形式我后面会介绍一下

这个是固定的电源 下面是作为一个变化的

我们的自然金属 远离它或者接近它

会改变它的电感量

最终输出一个高低

就这样一个简单的芯片 我们实现了一个检测金属的应用

接下来看一下0851提供的好处

第一个 我们是因为测量电感量

我们是有两个线圈

所以这两个线圈实现了温度的消除

我们看这个图当中 这是个线圈 这边也是一个线圈

它们实际上处于同样一个环境当中

因为我们知道电感随着温度和湿度是有变化的

所以这一个原理取消了温飘的变化

特别是一些需要特别高温的场合

这种开关量就比较适合

这边是布置 MCU 因为输出的是高阶电频 第三个我们切换精度是非常高的

同样的原理因为我们用的是两个线圈

我们不需要磁铁 这样是我们电感传感器本身提供的优势

我们不需要磁铁 我们需要金属就可以

同时我们对于水 油污这些都是可以免疫的

OK 到这边0851的一个具体内部结构的话

给大家介绍了 这边是两个线圈

具体的电感数值 红色的是一个固定的线圈

这个曲线是一个可变的线圈

在这个焦点 它产生一个变化

所以最终输出高低电频

这个 固定量和 变化量实际上在我系统设置的时候就已经确定了

如果我要调节我的阈值怎么办

我们这边有一个AEC

通过外部电阻来配置

很多可以做15级别的一个调节

就是我这个距离切换点可以用走动 也可以用往右移

实际上我任意可调的一个距离

具体的实验方式

我们这边是用PCB来做 因为PCB更加可靠

加上成本会比较低一点

这边是一个层压式的线圈设计

也就是我把两个线圈 PCB线圈是在同一个PCB点上

同一个PCB表上 一个在上面 一个在下面

这样的话就实现了

金属靠近它的时候

前面一个线圈引起了电感变化的棍棒

后面一个线圈引起线圈相对小一些

就是这个原理 产生一个高低电频的变化

第二个很简单了 就是两个线圈 一个在这边 一个在这边

我金属在左侧的时候 相对来说速度会高一些

后来引起这边高低电流变化

这一个应用 大量应用像门上面

我们有很多客户非常喜欢这个方案

因为门磁现在普遍用的是RFID

就是磁动开关

或者用霍尔的方式 你不管用什么方式 这个都是需要磁铁的

磁铁有一个天生的缺点就是说

它是对温度非常敏感

同时磁的量也非常的不确定

所以这里会导致一些

失效 或者切换漂移

同时对于安全方面的应用呢

如果说我外面（听不清）那边去

这个会改变它的 它里面也有触发

所以安全性方面来讲 我们的0851电感传感器相对霍尔来说 可以很好地

其他就是白电里面

像洗碗机的开关 打印机的一些门的开关检测

提一点 这个地方我们要（听不清）

所以可以跟这些相比较 所以在提高高的性能的同时

也可以对成本有一些很高的要求

另外一个就是提供一些比较高可靠性的按键

我不知道一些高数据的按键 特别是防水防油防污 这种

应用场景里面 我们需要一些高寿命的按键

高寿命的按键其实是不便宜的

我们这边提供 一个比较简单的方式 低成本的方式

实现这样一个按键

同样的 这边是一个金属 下面是我们的线圈

我们只要成本最便宜的按键形式 只要器件结构不会损坏

我们的电机线就不会损坏

因为传统按键主要的失效点就是这两个 金属片

它会因为各种氧化腐蚀

最终失效 这个就存在这个问题 我不管这个应用（听不清）是怎么样

只要有一点金属成分我就可以工作的

具体的实践方式 我们可以用这种

波载电

或者这种弹簧式的开关

或者这种开关 任何一个开关都可以

唯一一个要求就是上面有金属就可以了

然后另外一个就是安全设置 设备安全性的应用

因为安全性的应用当中 磁铁是需要避免的

所以像这种ATM机的防拆开关里面

我们可以用这种电感传感器 然后把这种放在门框上面

用结构去做本身的金属就可以了 连传感器也不需要

只需要PCB加一个小芯片就可以了

所以这边我来总结一下电感传感器 电感开关的优缺点

相对于霍尔传感器的话

我们的电感传感器是不需要磁铁的

所以不存在任何的温度问题

它转换点非常准确 传感率相对非常低

第二个 用的是高可靠性的按键

高可靠性的按键 因为我们没有（听不清）所以寿命完全不是问题 取决于

机械结构 最后一个是相对这种关的开关

关的开关我们知道 这种带有油污 水啊这种场合它是不适用的

所以LDC它完全就没问题

这些是我们芯片的一些那个 关于电压 功耗 都放在20微安

在10个（听不清）的时候

转换的点大概在1%的精度

同时电压兼容1.8伏-3.3伏的

芯片封装是小8PIN的DFN的封装

所以 在设计的时候 这边连接两个线圈

这里应该是一个电阻

功耗1.8伏和3.3伏 最好输出一个

高位电频

这些是一个同样的一个电源传感器

芯片 IC61612或者是1614 2和4是两个（听不清）

这个相对于（听不清）的区别呢

这个是一个输出开关的 我们这边输出了一个零序列

也就是前面我们电感线圈然后出了谐振

最后我们自然停在频率上

就是一个数据 我们通过FFC用 MCU实时把它读取出来

也可以理解为这是一个ADC

一个电感的ADC 那我们这边 有两种封装 一种12电感 一种16电感

一般 里面的精度可以达到28bit

所以相对于前面的芯片 它的精度

可以做到非常非常好

所以它可以做到 像刚开始提到的 做距离的检测

或者做一些位移的检测

甚至旋钮的检测 下面给大家看一个demo

这是一个4x4的金属固件

我们知道在一些家用的 像油烟机 厨电类的

油烟机 洗衣机冰箱 然后像一些（听不清）里面

这种框架里面 我如果要做这种按键

或者显示的话 我需要打洞

那我这边提供一种方案就是说 我不需要打洞

我利用（听不清）结构本身的金属壳 PCD 安装在后面

上面（听不清）

就可以了 这边金属很难很难去控制

左边是一个键的结构图

表面上面是传统的一个金属结构

中间是一个支撑层 最下面是一个PCB

通过这三层的阵 （听不清）在按下金属表面的时候

会有一个微小的形变

这个微小的形变其实非常小 小于5微米

甚至在0.8的三（听不清）下面

它会达到1微米以下

下面这个是PCB PCB上有线圈 就是我们刚刚提到（听不清）

所以按下去 它会改变它的电感面

从而识别出按键 这个是很有意思的应用

可以实现完全的精准封装

其实这些应用产品 像这边白电里面

很多 客户非常喜欢

第二种是一些可靠性要求比较高的像（听不清）机

或者是加油站里面的一些按键

像手机 我们甚至可以说（听不清）

用金属壳本身来做按键

最后在汽车里面做一些仪表盘

用一些金属（听不清）的仪表盘

（听不清）

关于这个demo的 （听不清）

这个是我们目前能做大最大的一个拓扑

当然0.8毫米也是目前（听不清）

（听不清）的一个拓扑

然后我们说到上面一些（听不清）的软件 一些算法

具体这边的机制结构 自己再看一下

表面是一层金属 中间是（听不清）

最低端是0.4毫米的PCB板

就PCB放在后面 它夹在中间

形成一个间隙 （听不清）中间的时候 形成一个微小的形变

就（听不清）一个按键

我们可以做金属按键 同样可以做非金属的按键

因为如果需要 金属的按键有一些有点

比如说 可以浮在水上操作

可以（听不清）这种

这种（听不清）的话 我们也可以做塑料按键

但是其实在塑料底下放一层金属

或者说通过（听不清）一个方式

不同类型

只要是任何金属都可以