마이크로컨트롤러(MCU)

MSP430™ 초음파 & 회전 유량 센서 MCU

물, 가스, 열 계측기를 위한 초저전력 SoC

시스템 온칩 MSP430™ 초음파 및 성능 센서 MCU는 정확도가 높은 물, 열, 가스 유량 측정 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. MCU는 초음파 센서 아날로그 프론트 엔드, 확장된 스캔 인터페이스 및 DSP 기능을 포함한 통합 주변 장치를 제공하며, 모든 MCU는 실시간 클록, LCD 드라이버, 12비트 SAR ADC 및 콤퍼레이터를 제공합니다.

초음파 센서 SoC

  • 고정밀 초음파 유량 센서
  • AFE가 통합된 초음파 MCU
  • 통합 8MSPS 시그마-델타 ADC
  • MTIF(계측 테스트 인터페이스)

회전 유량 센서 SoC

  • 초저전력 확장된 스캔 인터페이스 주변 장치
  • 최대 3개의 LC 회전 감지 센서 지원
  • TMR, GMR, 홀 효과 및 광학 센서 지원

신호 처리 MCU

  • 통합 저에너지 수학 엔진
  • Arm® Cortex®-M0+ MCU 성능의 40배
  • 효율적인 FIR 및 FFT 필터 구현

왜 유량계용 초음파 센서인가요?

초음파 센서는 액체 또는 가스 매체 내 초음파의 ToF(Time of Flight)와 유량 종속성을 사용하여 체적 유량을 측정하고 계산합니다. 이 기술은 유량으로 전송될 때와 유량 반대 방향으로 전송될 때 초음파의 전파 시간 차이를 사용합니다. 이 기술은 넓은 동적 범위에 걸쳐 체적 유량을 측정하는 데 있어 견고하고 정확합니다. 

유량계용 초음파 센서

초음파 유량계 기능

초음파 센서는 다음을 제공합니다. 

  • 높은 유량 측정 정확도 <±1%
  • 작동 수명을 늘리고 적은 서비스/유지 관리로 비용 효율성을 달성할 수 있도록 가동부 또는 마모와 손상이 없음
  • 진동, 적외선 방사능 및 EMI의 영향을 받지 않음

다음을 포함한 액체에서 잘 작동합니다. 

  • 기름
  • 페인트

다음을 포함한 가스에서 잘 작동합니다. 

  • 공기
  • 이산화탄소
  • 산소
  • 메탄

초음파 센서에 대한 TI의 파형 캡처 기반 접근 방식

MSP430 초음파 센서 SoC는 고유한 파형 캡처 기반 기술을 구현합니다. 이 기술을 통해 업스트림 및 다운스트림 조건에 대해 시간 영역에서 변환기의 전체 응답이 캡처됩니다. 이러한 파형에 대한 사후 처리는 차동 ToF(time of Flight)를 결정합니다. 

초음파 수도 계량기 다이어그램

파형 접근 방식의 이점

  • 신호 진폭 변화(변환기 간 변화, 다양한 물질 구성, 높은 유량, 잡음, 온도 변화 등)에 대해 안정적
  • 낮은 유량에서 높은 정밀도로 누수 감지
  • 높은 정밀도 및 변화 감소를 위한 잡음 제거
  • 표준 MCU 전압 레벨을 사용하는 변환기용 3V 구동 기능
  • 물질 및 성분 분석으로 확장하는 능력
  • 시간에 따른 계량기 진단을 위한 추가 기능은 다음과 같습니다.
    • 변환기 노후로 인한 엔빌로프의 느린 변화를 감지하고 변환기 간 공진 주파수 변화를 조정
    • 제품 수명 전체에 걸친 정기적 보정 제거

초음파 센서 솔루션 아날로그 프론트 엔드(AFE)

초음파 센서 서브 시스템 주변 장치는 넓은 범위의 변환기를 직접 가동할 수 있고 임피던스 매칭을 위한 통합 PHY를 가지고 있는 통합 아날로그 프론트 엔드입니다. 또한 수신 섹션에 통합 PGA(프로그래머블 게인 증폭기)와 고속 8MSPS 시그마 델타 ADC를 갖추고 있어 실시간으로 파형을 캡처할 수 있습니다. 

초음파 아날로그 프론트 엔드 다이어그램

초음파 센서 AFE의 기능

  • 다양한 변환기를 위한 직접 인터페이스
  • 넓은 범위의 변환기를 위한 프로그래머블 펄스
  • 변환기 임피던스 매칭을 위한 PHY
  • 최대 35dB의 신호 증폭을 위한 PGA(프로그래머블 게인 증폭기)
  • 통합된 고속 8MSPS 시그마-델타 ADC(아날로그-디지털 컨버터)를 사용한 실시간 파형 캡처

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초음파 센서 및 측정을 위한 통합 SoC

고유한 고속 ADC 기반 초음파 센서 기술 

  • 높은 정확도, 고정밀 측정 

  • 유량 측정을 위한 저전력 (~3uA), 초당 1회 측정

  • 느린 유량 감지(<1L/h) 

초음파 설계 센터

초음파 센서 개발용 원스톱 쇼핑

  • 추가된 지능을 위한 실시간 파형 캡처 및 주요 매개 변수 플롯

  • 소프트웨어 라이브러리

  • 간편한 개발을 위한 GUI 

초음파 가스 측정 평가 모듈

초음파 변환기를 위한 간편한 인터페이스

  • BoosterPack™ 커넥터로 기능 추가: RF, 배터리 관리, 온도 측정 등

  • 전력 소비 분석 및 LCD 디스플레이 기능 

  • 온보드 프로그래밍 및 디버깅

신호 처리 MCU

LEA(저에너지 가속기) 모듈은 FIR, IIR 및 FFT와 같은 벡터 기반 신호를 처리할 수 있는 작업을 위해 설계된 32비트 하드웨어 엔진입니다. 이러한 작업은 CPU 개입 없이 이루어지며, 작업이 완료되면 인터럽트를 트리거합니다. LEA 모듈은 CPU에서 내리는 여러 명령을 지원하고 Arm Cortex-M0+ MCU보다 최대 40배 더 빠르게 벡터 수학 연산을 수행하여 CMSIS DSP 라이브러리를 실행하고 최소한의 에너지를 소비합니다.

저에너지 가속기 다이어그램

신호 처리 MCU의 이점

  • 32비트 하드웨어 엔진
  • CPU 개입 없음 - 작업이 완료되면 인터럽트를 트리거함
  • 벡터 기반 신호 처리: FIR, IIR, FFT
  • 실수 및 복소수 도메인에서 16비트 및 32비트 고정 소수점 작업 지원

회전 유량 센서 SoC

기존의 기계식 기술을 사용하는 물, 가스, 열 계량기용 센서로, 유량은 유량에 비례하는 속도로 회전하는 휠에 따라 결정됩니다. ESI(확장된 스캔 인터페이스)는 MSP430FR6989 MCU 제품군에 통합된 AFE(아날로그 프론트 엔드)로, 가능한 최저 전력을 소비하여 센서의 선형 또는 원형 동작을 자동으로 측정합니다. 

확장된 스캔 인터페이스 다이어그램

회전식 유량 센서 Soc의 장점

  • 견고한 상태 시스템은 작동 시간 보정 및 센서 감지 등을 지원합니다.
  • 인덕티브(LC), 홀 효과, 자기 저항(GMR 및 TMR) 및 광학 변환기를 비롯한 다양한 센서와 직접 상호 작용합니다. 
  • 유량의 넓은 동적 범위에 걸쳐 선형 또는 원형 동작을 정확하게 측정합니다.
  • CPU 개입 없이 센서와 함께 작동하여 최저 전력으로 측정치를 제공합니다.

비디오