Сучасні магнітні датчики перевершують традиційні механічні геркони по швидкодії, надійності, вартості і, до того ж, відрізняються меншими габаритними розмірами. Інтерес до них постійно зростає. З цієї причини останнім часом все частіше з'являються повідомлення про випуск нових сенсорів подібного типу. Деякі виробники орієнтуються на промислові додатки, наприклад, Texas Instruments випускає датчики DRV50xx з широким діапазоном напруг живлення до 38 В. Інші компанії бачать більше перспектив у комерційному сегменті і малопотребляющіх пристроях для Інтернету речей (IoT). Зокрема компанія Crocus Technology пропонує серію датчиків CT51x, які можуть застосовуватися в системах з найжорсткішими обмеженнями по рівню споживання.
Мал. 1. CT51x - магнітні датчики з ультранизьким споживанням від Crocus Technology
Геркони - це комутуючі пристрої, у яких замикання і розмикання контактів відбувається під дією магнітного поля. У найпростішому випадку геркон є пару нормально розімкнутих рухомих феромагнітних електродів, поміщених в скляну колбу (рис. 2). Існують і інші типи герконів (нормально-замкнуті, нормально-розімкнуті, з переключающими контактами).
Мал. 2. Структура найпростішого геркона
При відсутності зовнішнього магнітного поля електричний контакт між електродами геркона відсутня. З ростом магнітного поля магнитодвижущая сила зростає. У певний момент вона долає опір сил пружності рухомих контактів, після чого електроди замикаються (рис. 3).
Мал. 3. Спрацювання геркона під дією магнітного поля
Здавалося б, така система є досить простий, надійною і перевіреною часом, проте у неї є недоліки. По-перше, незважаючи на простоту і надійність, класичний геркон є механічним компонентом, у якого є обмеження по числу спрацьовувань. Це пов'язано з різними чинниками (зниження пружності контактів, механічне пошкодження контактів і т. Д.). По-друге, наявність скла в конструкції - вразливе місце для геркона, так як цей матеріал є досить крихким. По-третє, швидкість включення і виключення геркона обмежена. По-четверте, габарити такої конструкції за визначенням не можуть бути скромними. По-п'яте, ціна геркона виявляється значною. Все це підштовхує розробників електроніки до переходу від класичних герконів до напівпровідникових датчиків магнітного поля (рис. 4).
Мал. 4. Заміна герконів на напівпровідникові магнітні датчики
З точки зору зручності експлуатації напівпровідникові сенсори виявляються такими ж простими, як і класичні геркони. Магніт може розташовуватися досить вільно щодо датчика (рис. 5). Разом з тим, ключові відмінності заховані усередині сенсорів.
Мал. 5. CT51x допускає поворот магніту на 360 градусів
Звичайний геркон має два стійких стани: замкнутий і розімкнуте. У магнітних датчиках від Crocus Technology чутливий елемент представляє собою не вимикач, а змінний резистор MLU (Magnetic Logic Unit) (рис. 6). У разі однополярного сенсора при відсутності зовнішнього поля опір резистора велике і складає приблизно 20 кОм. При збільшенні магнітної індукції (понад 3 мТл) опір резистора стрибком зменшується до 10 кОм. Якщо почати зменшувати індукцію, то перемикання в високоомне стан відбудеться не при 3 мТл, а приблизно при 1,5 мТл.
Мал. 6. Відмінність чутливих елементів в реальному Геркон і в CT51x
Таким чином, датчик має дві важливі особливості. По-перше, перемикання відбуваються з гістерезисом, що дуже важливо для отримання високої перешкодозахищеності і захисту від помилкових спрацьовувань при механічному брязкоту. По-друге, незважаючи на наявність двох стійких станів, MLU не є «по-справжньому» цифровим, так як високий опір 10 кОм не дозволяє домагатися логічних рівнів напруги на виході датчика (при прямому підключенні, як на рис. 6). Тому існує два варіанти перетворення сигналу: використовувати АЦП або нормувати його за допомогою компаратора.
Однак для користувачів датчиків CT51x завдання істотно спрощується, так як в мікросхемі крім MLU інтегрований компаратор і керуюча логіка. Завдяки компаратору на виході датчика присутній «по-справжньому» цифровий сигнал (рис. 7).
Мал. 7. Вихідна характеристика магнітних датчиків CT51x
CT51x - сімейство магнітних датчиків з ультранизьким споживанням. На даний момент сімейство об'єднує півтора десятка представників (рис. 8):
- з частотою вибірки 10/800/3000 Гц;
- з цифровим виходом або виходом типу відкритий стік;
- з двома корпусними виконаннями SOT-23 і TO-92 (рис. 8).
Мал. 8. Корпусні виконання магнітних датчиків CT51x
Магнітні датчики CT51x від Crocus Technology, вільні від недоліків, характерних для традиційних механічних герконів, і мають наступні переваги:
- висока чутливість;
- висока надійність і відсутність рухомих частин;
- мінімальне споживання;
- висока швидкість роботи;
- два типи вихідного сигналу (цифровий або відкритий стік);
- розумна вартість.
Зрозуміло, більша частина з перерахованих достоїнств відноситься до всіх безконтактним датчикам, проте сенсори CT51x орієнтовані в першу чергу для роботи в складі пристроїв з жорсткими обмеженнями за рівнем споживання. За даним параметру датчики CT51x обходять своїх конкурентів. Наприклад, середнє споживання CT511VA становить всього 250 нА (рис. 9).
Мал. 9. Типовий середній струм споживання магнітних датчиків CT51xVA становить близько 250 нА
Для порівняння: промислові датчики DRV5013 від Texas Instruments мають середнє споживання близько 2 мА, що в 8000 разів більше, ніж у CT511VA. Малоптребляющіе сенсори DRV5032 відрізняються струмом харчування до 20 мкА, що в раніше в 80 разів більше, ніж у продуктів від Crocus Technology.
Є дві основні причини такого низького споживання. По-перше, мікросхеми CT51xVA побудовані на базі фірмового економічного магнітного сенсора. По-друге, мінімізація споживання здійснюється за допомогою інтелектуальної системи харчування (рис. 10). Справа в тому, що мікросхема має два режими роботи: активний режим і режим сну. Рівні споживання в цих режимах відрізняються в сотні разів. Таким чином, чим рідше датчик «прокидається», і чим менше часу він «не спить», тим нижче середній струм споживання.
Мал. 10. Структура магнітних датчиків CT51x
Наприклад, для CT511VA в режимі сну ток становить 170 нА, а при виконанні вимірювань зростає до 80 мкА. Так як більшу частину часу датчик знаходиться в режимі зниженого споживання і пробуджується рідко (10 раз в секунду), то середній струм виявляється рівним приблизно 250 нА, що значно менше, ніж у аналогів, вироблених іншими компаніями. Звичайно, інші датчики сімейства CT51x мають більш високу частоту вимірювань і для них рівень споживання вище.
Тут хочеться відзначити, що в цій статті не ставиться завдання довести, що датчики CT51x краще, ніж всі існуючі аналоги. Наприклад, сенсори DRV5013 від Texas Instruments розроблялися для промислових додатків і мають набагато більш широкий діапазон харчування до 38 В і високий вихідний струм. Таким чином порівнювати ці датчики не завжди можливо. Проте, CT51x будуть більш кращі для пристроїв з батарейним харчуванням і жорсткими обмеженнями за рівнем споживання.
Сімейство CT51x об'єднує магнітні датчики з різними типами виходу, але схеми їх включення виявляються максимально простими (рис. 11).
Мал. 11. Схема включення магнітних датчиків CT51x
Магнітні датчики CT51x з ультранизьким споживанням будуть оптимальним вибором для цілого ряду додатків з жорсткими обмеженнями на рівень споживання: смартфони, планшети, ноутбуки, системи сигналізації, датчики рівня рідини, лічильники споживання газу / води і т. Д.
Характеристики магнітних датчиків CT 512 VA - IS 3:
- тип виходу: цифровий;
- частота вибірок: 10 Гц;
- магнитодвижущая сила спрацьовування: 3 мТл;
- магнитодвижущая сила відпускання: 1,5 мТл;
- типове середнє споживання: 250 нА;
- споживання в активному режимі: 80 мкА;
- споживання в сплячому режимі: 170 нА;
- час в активному стані: 80 мкс;
- час в сплячому стані: 80 мс;
- максимальний вихідний струм: 20 мА;
- напруга живлення: 2,7 ... 3,6 В;
- діапазон робочих температур: -40 ... + 85 ° C;
- корпус: SOT-23.
Характеристики уніполярних магнітних датчиків CT 511 VA - IS 3:
- тип виходу: відкритий стік;
- частота вибірок: 10 Гц;
- магнитодвижущая сила спрацьовування: 3 мТл;
- магнитодвижущая сила відпускання: 1,5 мТл;
- типове середнє споживання: 250 нА;
- споживання в активному режимі: 80 мкА;
- споживання в сплячому режимі: 170 нА;
- час в активному стані: 80 мкс;
- час в сплячому стані: 80 мс;
- максимальний вихідний струм: 20 мА;
- напруга живлення: 2,7 ... 3,6 В;
- діапазон робочих температур: -40 ... + 85 ° C;
- корпус: SOT-23.
Про компанію:
Crocus Technology - компанія-розробник і виробник магнітних датчиків та магнітної пам'яті. Продукти компанії побудовані на базі запатентованої технології Magnetic Logic Unit ™ (MLU).
