EMI-robuste Aufbereitung von Sensorsignalen für Alarmanlagen
Sicher ist sicher
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Sicher ist sicher
Signalaufbereitung für PIR-Bewegungsmelder
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Ein PIR-Sensor, der u.a. die Körperwärme eines Menschen erfasst, stellt besondere Anforderungen an seine Signalaufbereitungs-Schaltung. »Die Ausgangsspannung eines PIR-Sensors hängt von der erfassten Infrarotstrahlung ab«, so Alberti. »Sie hat in der Regel eine Amplitude von 0,5 bis 1 mV und eine Frequenz zwischen 0,02 und 16 Hz.« Bild 2 zeigt die Schaltung zur Aufbereitung dieses Sensorsignals: Die beiden mit dem Operationsverstärker LPV521 implementierten Stufen sorgen für die Verstärkung und Bandpassfilterung. Die Verstärkung beträgt bei 4 Hz ca. 2000 mit einer 3-dB-Cut-off-Frequenz von 0,6 Hz und 8 Hz. »Als Operationsverstärker für den aktiven Filter kommt der LPV521 zum Einsatz«, fährt Alberti fort. »Dies ist ein einkanaliger Nanopower-Verstärker mit 552 nW Leistungsaufnahme, ausgelegt für Applikationen mit extrem langer Batterielebensdauer. Dank seines Betriebsspannungsbereiches von 1,6 bis 5,5 V und der Stromaufnahme von typisch 351 nA eignet sich dieser Baustein u.a. für Nanopower-Applikationen an dezentralen Sensoren.« Die CMOS-Eingangsstufe des LPV521 sei mit einem maximalen Eingangs-Bias-Strom von 50 pA über einen Temperaturbereich von 40 bis +125 °C besser als vergleichbare Produkte am Markt. »Zudem verfügt der Baustein über Ein und Ausgänge mit Rail-to-Rail-Charakteristik.«
Signalaufbereitung für Rauchmelder
Ein weiteres Beispiel für eine EMI-geschützte Sensorsignal-Aufbereitung zeigt sich anhand einer Rauchmelder-Schnittstelle. Ein optischer Rauchmelder besteht aus einer LED, einer Linse und einer Photodiode. Unter dem Einfluss von Rauch wird das von der LED normalerweise auf geradem Weg abgestrahlte Licht abhängig von Art und Dichte des Rauchs gestreut. Infolge dieser Ablenkung trifft das Licht auf die Photodiode, die es in einen Strom proportional zur Lichtintensität umwandelt. Eine mit dem Operationsverstärker LMV831 implementierte Transimpedanzverstärker-Konfiguration wandelt diesen Strom anschließend in eine Spannung um. »Dieser Operationsverstärker zeichnet sich durch einen CMOS-Eingang, geringe Leistungsaufnahme und einen niedrigen Eingangs-Bias-Strom aus«, führt die Expertin aus. »Er eignet sich für Temperaturen von 40 bis +125 °C und ist zudem EMI-geschützt, was jegliche Störeinflüsse minimiert und perfekte Voraussetzungen für den Einsatz in EMI-empfindlichen Anwendungen ergibt.«
Fazit
Mobiltelefon , Bluetooth und WiFi-Signale sind nahezu überall anzutreffen. In Verbindung mit dem zunehmenden Einsatz drahtloser Sensorsysteme wird der Schutz vor elektromagnetischen Störeinflüssen zu einem immer wichtigeren Aspekt beim Design präziser Sensor-Signalpfade. »Die HF-Signale selbst liegen zwar außerhalb des Frequenzbereichs von Operationsverstärkern, doch kann das Schalten des HF-Trägersignals den DC-Offset des Verstärkers modulieren«, resümiert Alberti. »Dieser zusätzliche Offset wird zusammen mit dem Nutzsignal verstärkt und kann damit die Messungen verfälschen, was wiederum Fehlalarme auslösen kann. EMI-geschützte Operationsverstärker mit ihren chip-internen Filtern unterdrücken diese unerwünschten HF-Signale bereits an den Eingängen und Stromversorgungs-Pins und wahren damit die Integrität des präzisen Signalpfads.« (nk)
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