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Schmalband-Architektur Wie man Störungen bei Näherungssensoren ausblendet

Redakteur: Kristin Rinortner

Näherungssensoren auf kapazitiver Basis sind zwar preiswert, werden aber durch die Umgebung schnell gestört. Texas Instruments hat jetzt Bausteine vorgestellt, die eine 60-fach bessere Immunität aufweisen.

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Jon Baldwin, TI: „Die einzigartige Schmalband-Architektur der FDC2214-Famlie eliminiert Störungen und Umgebungseinflüsse.“
Jon Baldwin, TI: „Die einzigartige Schmalband-Architektur der FDC2214-Famlie eliminiert Störungen und Umgebungseinflüsse.“
(Bild: TI)

Texas Instruments hat in diesem Jahr einige Sensoren auf den Markt gebracht: im April mit dem LDC1614 einen vierkanaligen induktiven Sensor, im Juni mit dem DRV421 einen Magnetsensor, mit dem PGA900 einen Sensorverstärker auf resistiver Basis mit dualen 24 Bit ADCs sowie im Juli mit dem INA250 einen Strommessverstärker, der eine Strommessung ohne Kalibrierung ermöglicht.

Im Oktober folgten mit der Familie FDC2214 Näherungssensoren auf kapazitiver Basis, die immun gegen Störeinflüsse aus der Umgebung, wie sie von Funkanlagen, Netzteilen, Leuchtstofflampen oder Motoren ausgesendet werden, sind.

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„Die Sensoren haben in Anwesenheit von Störquellen eine 60 Mal bessere Immunität im Vergleich zu existierenden Sensor-Lösungen auf kapazitiver Basis und können damit Personen und Objekte in beliebigen Umgebungen erfassen“, erzählt Jon Baldwin, Product Line Manager Sensor Signal Path bei Texas Instruments. Denn die Einschränkungen in der Detetktionsfähigkeit von Näherungssensoren haben weniger mit dem Silizium als mit der Konstruktion des Sensors zu tun: Man muss die Umgebung herausfiltern.

Vorteile der Schmalband-Architektur

Dazu wurde in den FDC2214 ein Schwingkreis implementiert, der als Bandpass-Filter fungiert (Bild 1). Durch diese Schmalband-Architektur lässt sich Umgebungsrauschen, das z.B. durch Motoren entsteht, einfach herausfiltern. Die Störbeständigkeit wird mit 36 dB angegeben. Herkömmliche kapazitive Sensoren basieren auf einem breitbandigen Eingang bzw. Antenne. Hier werden Störungen nach dem Sampling als In-Band-Rauschen eingekoppelt. Dieses Verfahren ist wesentlich sensibler gegenüber Störungen.

Ein weiterer Vorteil der Schmalband-Architektur besteht darin, dass sich Objekte in einer Entfernung von 10 (20) cm bis 50 cm detektieren lassen. Laut Baldwin ist das zwei Mal besser als beim Wettbewerb. Der Sensor erkennt Objekte durch beliebige nichtleitende Werkstoffe hindurch, sodass keine Löcher in das finale Produkt gebohrt werden müssen. Dies kommt der Ästhetik zugute und senkt die Produktionskosten.

Zudem ist der Chip unempfindlich gegenüber Umgebungslicht und kann auch schwarze und dunkle Objekte erkennen. Als Messfühler eignen sich beliebige Leiter wie beispielsweise Kupferbahnen auf einer Leiterplatte, leitfähige Tinte, Indiumoxid (ITO) oder ein Stück Metall.

Den Sensor gibt es in insgesamt vier Ausführungen mit zwei und vier Kanälen und Auflösungen von 12 bzw. 28 Bit. Er kommt in einem 4 mm x 4 mm großen Gehäuse und lässt sich über die I2C-Schnittstelle konfigurieren. Die maximale Eingangskapazität wird mit 250 nF angegeben, die maximale Ausgabegeschwindigkeit mit 13 kSample/s (ein Kanal).

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