Infineon / Mess- & Prüftechnik Sensor2Go

Bild 1: Der 3D-Sensor »TLV493D« von Infineon ermöglicht eine dreidimensionale Abtastung mit hoher Genauigkeit.
Bild 1: Der 3D-Sensor »TLV493D« von Infineon ermöglicht eine dreidimensionale Abtastung mit hoher Genauigkeit.

Magnetsensoren erfassen Parameter wie Geschwindigkeit, Position, Winkel oder Strom. Zwar standen für das Design mit solchen Sensoren Entwicklungskits zur Verfügung, diese waren aber recht teuer. Nach dem Motto »Sensor2Go« gibt es nun kostengünstige und einfach zu nutzende Tools und Design-Kits.

von Sigmund Zaruba, Applikationsingenieur für 3D-Magnetsensoren sowie Hall-Schalter bei Infineon Technologies.

Zwar standen für das Design mit Magnetsensoren bislang schon Entwicklungskits zur Verfügung, diese waren jedoch mit rund 500 Euro relativ teuer, wobei oftmals der passende Magnet und der Sensor nicht im Lieferumfang waren. Vor diesem Hintergrund stellt Infineon jetzt für etwa 20 Euro im Rahmen seines »Product2System«-Ansatzes verschiedene Design-Kits für die einfache Evaluierung seiner Sensoren bereit. Denn bereits am Beginn des Sensordesigns ist es für Entwickler wichtig zu testen, ob die ausgewählten Sensoren die Performance-Vorgaben erfüllen. Hier ist ein schneller und einfacher Performance-Check wünschenswert. Im nächsten Schritt geht es darum, den Betriebsbereich in Bezug auf die verschiedenen Designparameter zu definieren. Darüber hinaus sollten auch die entsprechenden Magnete zur Verfügung stehen. Letztendlich ist noch die Produzierbarkeit zu überprüfen. 

Verschiedene Evaluation-Kits wie 3D Magnetic Sensor 2Go, Current Sensor 2Go und Speed Sensor 2Go sollen dem Entwickler schon früh in der Designphase einen Einblick geben, wie die Sensoren in der jeweiligen Applikation arbeiten, und ihm dabei helfen, einfach und schnell ins Design einsteigen zu können. Die Evaluierungs-Kits unterstützen derzeit die 3D-Magnetsensoren TLV493D für die dreidimensionale Positionserfassung, den Stromsensor TLI4970 und den Geschwindigkeitssensor TLE4922.

Dreidimensional abtasten 

Der 3D-Magnetsensor TLV493D (Bild 1) misst ein Magnetfeld in x-, y- und z-Richtung und erfasst dreidimensionale, lineare und rotierende Bewegungen. Somit eignet er sich gut für vielfältige Applikationen im Industrie-, Automobil- und Consumer-Umfeld. Zu den Anwendungsbereichen zählen neben Joysticks auch Steuerelemente wie Haushaltsgeräte und Multifunktionsknöpfe sowie als Manipulationsschutz in Stromzählern und in anderen Applikationen, bei denen präzise Positionsmessungen und/oder eine geringe Stromaufnahme erforderlich sind. Der TLV493D-A1B6 ist beispielsweise in einem TSOP-6-Gehäuse mit den Abmessungen 2,9 mm × 1,6 mm untergebracht. 

Möglich macht dies die Integration sowohl von vertikalen als auch horizontalen Hall-Platten auf dem Sensorchip. Die vertikalen Hall-Platten erfassen die planar ausgerichteten Feldkomponenten der x- und y-Richtung. Die horizontale Hall-Platte ermittelt die senkrecht ausgerichtete Feldkomponente in z-Richtung. Mit Designtechniken wie dem stromsparenden Oszillator konnte Infineon die Stromaufnahme des Sensors auf nur wenige Mikroampere reduzieren. Der Sensor besitzt einen Digi-talausgang über eine schnelle zweiadrige I²C-basierende Schnittstelle, sodass sich der Bus-Modus nutzen lässt und eine bidirektionale Kommunikation zwischen Sensor und Mikrocontroller möglich ist.

Für das Design mit diesem Sensor bietet das »3D Magnetic Sensor 2Go«-Design-Kit (Bild 2) ein Evaluation-Board an, das mit einem 3D-Magnetsensor und einem Mikrocontroller des Typs XMC1000 mit einem Rechenkern des Typs »ARM Cortex-M0« bestückt. Das Kit verfügt über alle erforderlichen Bauelemente und Funktionen für eine effiziente Designunterstützung einschließlich eines Debuggers. Für das Debugging und die USB-Kommunikation ist noch ein XMC4200-Mikrocontroller implementiert. Über einen Mikro-USB-Steckverbinder erfolgt die Stromversorgung und die Kommunikation mit der grafischen Bedienoberfläche (GUI). Außerdem gehören zu dem Board LEDs als Anzeige für die Stromversorgung und Debugging sowie anwenderkonfigurierbare LEDs, Spannungsregler, Gegenstrom- und ESD-Schutzdioden. Mittels eines Pin-Headers lassen sich etwa ein Oszilloskop oder ein externer Mikrocontroller anbinden. Im Lieferumfang ist ein einzelner Magnet enthalten, der sich manuell platzieren lässt. Darüber hinaus bietet Infineon auch Magnethalter an, die auf dem Evaluationboard befestigt werden können. Hier gibt es zwei Ausführungen: einen Joystick und einen Rotationsknopf (Bild 2).

Ein besonderes Online-Designwerkzeug unterstützt typische Einsatzmöglichkeiten für den Sensor, die Winkel- und lineare Positionsmessung sowie Joystick (Bild 3). Für jede der drei Applikationen bietet das Tool vordefinierte oder kundenspezifische Magnete. Mit dem Online-Simulationswerkzeug können Magnete sowie die Bewegung des Magneten und Position des Sensors definiert werden. Der Sensor erkennt die Bewegung und liefert am Ausgang ein entsprechendes Ausgangssignal. Dabei sind Bewegungen für Winkelmessungen wie rotierende Bewegung des Magneten, lineare Bewegungen sowie speziell die Bewegungen bei Joystick-Anwendung, auch 3D-Bewegungen des Magneten, wählbar. Das Tool errechnet automatisch die drei Magnetfeldkomponenten für die Sensorposition. Diese Kalkulation basiert auf der vom Anwender definierten Sensoranordnung. Dabei werden die Montagetoleranzen für den Sensor und den Magneten berücksichtigt.

Das Softwarepaket des Kits enthält auch eine grafische Bedienoberfläche für einen PC und Firmware, die auf dem Mikrocontroller im Flash für die Kommunikation mit dem 3D-Sensor abgespeichert wird. Der »USB Driver J-Link« von Segger verbindet einen PC und dem Evaluationsboard.

Bei dem 3D-Magnetic-Sensor-2Go sind verschiedene Betriebsmodi, wie die Update-Rate für die Messungen in x-, y- und z-Richtung einstellbar, sodass sich die Stromaufnahme variieren lässt.