Nové čipy ams: analýza spektra do každé kapsy

Špičkové profesionální výbavě konkurovat nemohou, a ani nechtějí. Jejich základní předností totiž budou rozměry a zase jen rozměry, se kterými však mohou otevřít cestu k novým generacím spektrálních analyzátorů kapesního formátu nejen pro spotřební využití, ale klidně i vybrané průmyslové aplikace.

Jednotky mm i stovky nm

Ve společnosti ams jsou na svou vůbec první řadu cenově dostupných multispektrálních čidel svého druhu přímo na čipu, tzv. sensor‑on‑chip, náležitě hrdí [1], [2]. Obvody s číslicovým výstupem budou dva. Jejich pouzdro typu LGA s dvaceti vývody měří jen 4,5 × 4,7 × 2,5 mm, jedno využijeme ve viditelné části spektra, druhé pak v blízké infračervené oblasti a každé z nich ve výsledku staví na šesti kalibrovaných kanálech – detektorech s přesnou a také opakovatelnou charakteristikou svého filtru. Vždyť stabilitu měření očekáváme nejen s časem, ale rovněž i se změnami teploty.

V našem případě se při ověřování pravosti materiálů či produktů, chemických rozborech, ladění, kalibracích, analýze obsahu, barev apod. smíme pohybovat v rozmezí od –40 °C až do +85 °C. A nejen to, uživatel může takové měřicí zařízení nosit stále u sebe, stejně jako chytrý telefon, jehož nedílnou součástí se mohou jednoho dne nové čipy klidně stát – podobně jako v případě termokamery.

Obr. 1 Rozebrat spektrum v režii nových čipů ams znamená ušetřit spoustu místa [1]

Miniatura v podobě systému AS7262 (Spectral Sensing Engine, 6‑Channel Visible Spectral_ID Device with Electronic Shutter and Smart Interface, viz obr. 2, [3]) pracuje ve viditelné oblasti a s okolím bude komunikovat přes rozhraní I²C/UART. K měření intenzity dle obr. 3 definuje celkem šest vlnových délek, tj. 450 nm, 500 nm, 550 nm, 570 nm, 600 nm a konečně též 650 nm. Varianta číslo dva, obvod AS7263 [4] pak svým rozsahem plynule naváže, když v rámci NIR detekuje na 610 nm, 680 nm, 730 nm, 760 nm, 810 nm a také 860 nm.

Obr. 2 Analýzu, včetně buzení, zajišťuje jediný obvod s číslicovým výstupem – verze pro viditelné spektrum [3]

Systém 16bitového A/D převodu s digitálním přístupem, kdy není vyžadováno žádné další přizpůsobení signálu, pracuje s proudy pole fotodiod příslušného kanálu. Vše dále doplňují programovatelné budiče LED pro přesné řízení světelného zdroje s využitím jediného společného čipu, přesně jak to vidíme na obr. 4.

Obr. 3 Obvod AS7262 pracuje ve viditelné části se šesti kanály. Výrobce mu stanovuje FWHM (Full Width Half Max) 40 nm [3]. V případě stejného počtu nezávislých optických filtrů infračervené oblasti struktury AS7263 se dostaneme až na 20 nm

Aby mohl vývojář v jedné aplikaci pracovat s různými vlnovými délkami, dostává k dispozici výstupy hned pro dvě LED, indikační a především pak řídicí. Proudy LED_IND nadefinujeme ve čtyřech krocích od 1 mA až po 8 mA zatímco výkonový zdroj LED_DRV pokračuje dál s nabídkou 12,5, 25, 50 a 100 mA. K ovládání diod a nastavení jejich parametrů, stejně jako řízení celého jádra obvodu, dobře poslouží registry I²C, podobně jako možné AT příkazy přes rozhraní UART. Jednoduše tak vyřešíme i potřebnou elektronickou závěrku. Napájíme v rozsahu 2,7 až 3,6 V.

Obr. 4 Vnitřní zapojení obvodu AS7262 [3]

Kompaktní a vše pohromadě

Díky svým rozměrům, a také širokému „spektru“ funkcí, umožňují obvody AS726x od firmy ams navrhnout měřicí analyzátory spektra v podobě zařízení kapesního formátu. V případech, které to svou povahou samozřejmě dovolují, tak např. nebude nutné odebírat vzorky z výrobní linky a odesílat je do laboratoře, protože chemickou analýzu nebo kvalitu otestujeme a provedeme přímo na místě.

Ať již tedy využijeme viditelného světla, nebo zabrousíme až za jeho hranice, bude dobré vědět, že vhodné senzory existují, sériově se vyrábějí, a pokud jich upotřebíme rovných tisíc, vyjde nás jedno nepatrné čidlo s digitálním výstupem na čtyři dolary.

Odkazy:

[1] ams launches world’s first digital multispectral sensor-on-chip leveraging breakthrough wafer-level filter technology, tisková zpráva ams, http://ams.com/eng/Press-Center/Press-Releases/AS7262_3

[2] Nové čipy ams. A analýzu spektra máte v kapse, DPS Elektronika od A do Z, http://www.dps-az.cz/mereni/novinky/id:38019/nove-cipy-ams-aanalyzu-spektra-mate-v-kapse

[3] Obvody AS7262, www.ams.com/spectral-sensing/AS7262

[4] Obvody AS7263, www.ams.com/spectral-sensing/AS7263