Moderne Sensorbausteine sind komplexe Systeme, die einen Schaltungsabgleich erfordern, um die vom Sensor erzeugten Analogsignale in ein geeignetes Signal für das A/D-Wandler-Subsystem des Mikrocontrollers (MCU) umzuwandeln. Ein solcher iterativer Abstimmungsprozess ist zeitaufwändig und wirkt sich bei den meisten Projekten nachteilig auf das Time-to-Market aus. Das analoge Frontend (AFE) ist ein wichtiger Funktionsblock einer Sensorschaltung. Es verstärkt beziehungsweise filtert die oft schwachen Sensorsignale. Weiterhin können verschiedene elektrische Konfigurationen eingestellt werden, welche sich von denen, die von der MCU genutzt werden, unterscheiden. Das AFE, das diese entscheidende Brückenfunktion leistet, lässt sich oft nur schwer simulieren, und muss aufgrund eines speziellen Bauteilverhaltens, Board-Layouts oder nahe gelegener Störquellen justiert werden.
Häufig muss der Entwickler bei der Kalibrierung des richtigen analogen Schaltungsdesigns mit der Trial-and-Error-Methode experimentieren. Bei Smart Analog, das auf der SPS/IPC/Drives vorgestellt wurde, handelt es sich um eine innovative, jedoch einfache Technologie, mit der Embedded-Entwickler ihre Analogschaltungen konfigurieren und damit ihr Time-to-Market verkürzen können. Gleichzeitig wird die MCU für die Automatisierung des Sensor-Trimming und zur Korrektur der Langzeitdrift genutzt, um einen intelligenteren Sensor bereitstellen zu können.
Die Smart-Analog-Technologie implementiert eine Reihe von AFE-Topologien, mit denen sich eine große Anzahl von Sensortypen auf einfache Weise so programmieren lassen, dass sie über einen einzigen Baustein unterstützt werden. Die Technologie nutzt einen Satz konfigurierbarer Verstärkerschaltungen, die sich anhand einer intelligenten und intuitiven grafischen Benutzeroberfläche kundenspezifisch anpassen lassen. Dank dieser Konfigurierbarkeit kann der Entwickler Anpassungen für Sensor, Board, Störungen sowie andere Kenndaten ohne Experimente auf Board-Ebene vornehmen. Da Smart Analog im Feld programmierbar ist, lassen sich die Schaltungskenndaten für einen Sensor-Drift nach der Installation des Geräts modifizieren, was für Systemanbieter günstigere Kundendienst- und Wartungskosten ermöglicht. Mit der Smart-Analog-Technologie lassen sich beispielsweise Schwingungs- und Durchflusssensoren, Ultraschall-Entfernungsmesser, Sensoren für Gase und chemische Substanzen ebenso wie Sensoren am menschlichen Körper – problemlos so abstimmen, dass sie die Systemanforderungen für eine breite Palette von industriellen, kommerziellen und medizintechnischen Anwendungen erfüllen.
Ein einziges Halbleitergehäuse
Bei der Smart-Analog-Technologie werden die diskreten Bauteile, die üblicherweise die Sensordaten messen und regeln, durch ein einziges Halbleitergehäuse ersetzt. Damit lässt sich die Anzahl der diskreten Komponenten bis um den Faktor zehn verringern, wodurch sich der Platzbedarf auf der Leiterplatte erheblich verkleinert. Zusätzlich bringt die Power-On/Off-Funktion für jeden Block im Smart-Analog-Subsystem erhebliche Einsparungen beim Stromverbrauch – in manchen Fällen bis zu 20 Prozent.
Ingenieure bringen ihre Entwicklungsprojekte schnell und einfach zum Laufen mit dem leistungsfähigen GUI-basierten Softwarewerkzeug, das eine schnelle Konfigurierung und Simulation für das Analog-Frontend ermöglicht, indem der Entwickler problemlos Gain-Werte ändern oder ein Offset-Tuning vornehmen kann. Dadurch lassen sich Sensor-Kalibrierung und -Debugging erheblich vereinfachen, was die gesamte Entwicklungszeit um drei bis acht Monate verkürzen kann und die Entwicklungskosten entsprechend verringert.
(ah)
