Touch-Sensoren auch in rauen Umgebungen einsetzen

Bei den Touch-on-Metal-Modulen XR15700 (Bild 1) handelt es sich Dünnschicht-Sensormodule, die auf Druck reagieren. Sie eignen sich für Applikationen hinter Frontplatten aus Metall, Plastik oder Glas (Bild 1a). Die I²C-kompatiblen Module ermöglichen eine zuverlässige Touch-Funktion ohne die Frontplatte zu beeinträchtigen, hinter der sie montiert werden. Die Schichtdicke der Touch-Fläche (Bild 2) beträgt <200 μm – hinzu kommt nur noch die Stärke des Aluminiummontagerahmens. Die Module benötigen, je nach Oberflächen unter der sie montiert werden, eine gewisse Stärke des Materials: 0,8 mm bei Stahl, 1,2 mm bei Aluminium, 1,1 mm bei Glas und 3 mm bei Kunststoff. Die Betätigungskraft kann zwischen 120 g und 1000 g liegen, die Berührempfindlichkeit lässt sich programmieren.

Robuste Module

Anders als piezoresistive Touch-Sensoren sind die Exar-Module unempfindlich gegen Überlastung oder gar Zerstörung, wenn der Betätigungsbereich überschritten wird. Auch ist im Gegensatz zu Piezolösungen die Einbaulage unkritisch. Die Module arbeiten im Betriebstemperaturbereich von -25 bis +85 °C an 3,3 V und begnügen sich mit einem Versorgungsstrom von unter 3 mA. Die Berührungsverzögerung beträgt < 50 ms.

Bild 3 zeigt die Spezifikationen für die einzelnen Berührgebiete mit unterschiedlicher Empfindlichkeit. Zu den Vorteilen der wasserdichten Sensormodule, die für eine raue Umgebung ausgelegt sind, zählen die glatte Oberfläche, der Wegfall beweglicher Teile – was mechanische Fehler ausschließt – sowie Betätigung trocken oder nass auch mit Handschuhen oder Werkzeugen, da sie ja unter der jeweiligen Frontplatte montiert sind. Trotzdem sind sie mit über zehn Millionen Betätigungen sehr langlebig und bieten eine ästhetische Erscheinung.

16:1-Sensorinterface

Der XR10910 ist ein Sensorinterface-IC mit einem On-Board-16:1-Multiplexer, einem Offset-Korrektur-DAC, einem Instrumentenverstärker (mindestens 85 dB CMRR / Gleichtaktunterdrückung) und einer Spannungsreferenz. Er stellt das Bindeglied dar zwischen Brückensensoren, den XR15700-Modulen und Mikrocontrollern oder FPGAs.

Der integrierte DAC mit Offset-Korrektur ermöglicht die digitale Kalibrierung der variablen und in vielen Fällen substanziellen Offsetspannung, wie sie bei Brückensensoren vorkommt. Der DAC wird über das I²C-kompatible serielle Zweidrahtinterface gesteuert. Es bietet dem Anwender auch die einfache Steuerung der vielen Funktionen des XR10910, wie Auswahl von Eingang und Verstärkung.

Bild 4: Typische Applikation des 16:1-Sensorinterfaces XR10910 mit bis zu 16 Brückensensoren. Exar

Integrierter LDO

Der integrierte LDO liefert eine geregelte Spannung an den Eingang von Sensorbrücken. Der Entwickler kann sie über das serielle Interface zwischen 3 und 2,65 V einstellen und damit kompatibel zu niedrigen Spannungen bleiben. Der Baustein erfasst den LDO-Strom und stellt für Überwachungszwecke am IC-Ausgang eine proportionale Spannung zur Verfügung.

Bild 5: Für ein einfaches Design-In der Sensormodule stellt Exar ein Demoboard zur Verfügung. Exar

Der XR10910 bietet acht mittels I²C einstellbare feste Verstärkungsgrade (von 2 bis 760 V/V), jeder mit einem Fehler von nur ±0,5 %. Die maximale Eingangs-Offsetspannung des XR10910 ist kleiner 1 mV, der maximale Eingangs-Biasstrom ist 100 pA und der maximale Eingangs-Offsetstrom ist ebenfalls nur 100 pA. Der XR10910 arbeitet an einfachen 2,7 V bis 5 V (1,8 V bis 5 V für den Digitalteil) und ist spezifiziert über den industriellen Temperaturbereich von -40 bis +85 °C. Er wird im platzsparenden 6 × 6 mm² großen QFN-40-Gehäuse angeboten und benötigt einen Betriebsstrom von nur maximal 556 μA. Er bietet zusätzlich einen Sleep-Modus um Strom zu sparen. Bild 4 zeigt die Applikation des Sensorinterfaces mit bis zu 16 Brückensensoren.

Applikationsgebiete

Die XR15700-Module finden zusammen mit dem 16:1-Sensorinterface XR10910 Einsatz in vielen Konsumer- und Industrieapplikationen, die Sensorbrücken benötigen. Hierzu zählen Point of Sales, Haushaltsgeräte, Industriesteuerungen, tragbare Geräte und vieles mehr. Für einfaches Design-In gibt es ein Demoboard (Bild 5).

(lei)