CAS200-serie (tweeassig, in het vlak): hoogwaardige tweeassige lineaire versnellingsmeter

Kies het kleinste meetbereik dat de maximaal verwachte versnelling, transiënte belasting en ontwerpmarge nog dekt zonder dat het signaal wordt afgekapt. De CAS211 biedt een bereik van ±0,85 g, een digitale schaalfactor van 33.500 LSB/g en een ruisniveau van maximaal 50 µg/√Hz. Daarmee is deze variant geschikt voor kleine bewegingen, kantelmetingen en metingen bij lage g-waarden. De CAS212 en CAS213 vergroten het bereik tot respectievelijk ±2,5 g en ±10 g. De CAS214 en CAS215 bieden een bereik van ±30 g en ±96 g, maar hun digitale schaalfactoren dalen tot 1.050 en 300 LSB/g en hun ruisniveaus nemen toe. De schokbestendigheid tijdens bedrijf van 1.000 g geeft aan welke schokken de sensor kan doorstaan; deze vergroot het meetbare versnellingsbereik niet en biedt geen extra meetmarge. Kies de variant eerst op basis van de meetbare dynamiek en de overbelastingsmarge. Vergelijk vervolgens de ruis, resolutie en schaalfactor met de eisen van de toepassing.

Gebruik SPI wanneer de hostprocessor rechtstreeks digitale versnellings-, temperatuur- en statusgegevens nodig heeft, of wanneer het weglaten van een externe ADC het ontwerp vereenvoudigt. De interface werkt als een 4-draads SPI Mode 0-slave met 48-bits berichten. De aanbevolen berichtfrequentie is 1 kHz, met een toegestaan bereik van 1 Hz tot 10 kHz. De nominale klokfrequentie is 1 MHz, binnen een bereik van 100 kHz tot 8 MHz. Een bemonsteringsfrequentie boven 500 Hz wordt aanbevolen om aliasing te beperken, hoewel de digitale sensorbandbreedte boven 170 Hz blijft. Kies de analoge uitgangen wanneer het ontwerp baat heeft bij een bandbreedte boven 250 Hz of al over een geschikte meetketen beschikt. Omdat de uitgangen ratiometrisch zijn, moet u het gedrag van de ADC-referentie en de voeding in samenhang beoordelen. Houd bij de keuze van de interface niet alleen rekening met de bandbreedte, maar ook met filtering, synchronisatie en de verwerking van de ingebouwde zelftest.

De sensor functioneert bij een voedingsspanning van 2,7 tot 3,6 V, maar alle gespecificeerde prestatiegrenzen gelden voor een nauwer voedingsspanningsbereik van 3,15 tot 3,45 V over het volledige bedrijfstemperatuurbereik van -40 °C tot +125 °C. Het stroomverbruik is typisch 3 mA, met een gespecificeerd maximum van 5 mA. Plaats een keramische X7R-ontkoppelcondensator van 100 nF bij de hoofdvoedingsaansluiting, voeg in de buurt een buffercondensator van 10 µF toe en gebruik afzonderlijke X7R-condensatoren van 100 nF voor de aansluitingen Vdd_Cap en Vref_Cap. Vermijd waar mogelijk signaal- of voedingssporen onder de capacitieve sensorbehuizing, omdat die nulpuntsafwijkingen in de versnellingsmeting kunnen veroorzaken. Deze maatregelen verminderen de koppeling vanuit de voeding en beperken de compensatie die nodig is bij de kalibratie van het complete systeem.

De CAS200 heeft een bedrijfstemperatuurbereik van -40 °C tot +125 °C en een opslagtemperatuurbereik van -55 °C tot +150 °C. Daardoor kan de sensor worden ingebouwd in apparatuur die aan grote cyclische temperatuurwisselingen wordt blootgesteld. De hermetisch afgesloten keramische behuizing is bestand tegen vocht; de opgegeven absolute grens is 90% relatieve luchtvochtigheid onder niet-condenserende omstandigheden. De schokbestendigheid tijdens bedrijf bedraagt 1.000 g bij een halfsinuspuls van 1 ms. Buiten bedrijf kunnen de CAS211 tot en met CAS213 schokken van 6.500 g doorstaan en de CAS214 en CAS215 schokken van 10.000 g, bij een halfsinuspuls van 0,1 ms. Deze waarden geven aan welke schokken de sensoren kunnen doorstaan en zijn geen meetbereiken. De printplaat, soldeerverbindingen en omliggende constructie moeten nog steeds worden gekwalificeerd voor de schok- en trillingsbelastingen van de toepassing.

De digitale en analoge signaalpaden bieden bandbreedtes van respectievelijk meer dan 170 Hz en 250 Hz. De bruikbare resolutie hangt echter sterk af van de gekozen variant en de bandbreedte die na filtering overblijft. Voor een eerste benadering op basis van witte ruis berekent u de RMS-ruis door de spectrale ruisdichtheid te vermenigvuldigen met de vierkantswortel van de meetbandbreedte. Bij een bandbreedte van 100 Hz komt de ruiswaarde van 50 µg/√Hz van de CAS211 overeen met ongeveer 0,5 mg RMS. De waarde van 1.200 µg/√Hz van de CAS215 komt dan overeen met ongeveer 12 mg RMS. Filtering met een smallere bandbreedte kan de geïntegreerde ruis verminderen wanneer de toepassing niet de volledige responsbandbreedte nodig heeft. Ontwerpers moeten het versnellingsbereik en de signaalbandbreedte daarom in samenhang kiezen, in plaats van ze als onafhankelijke eisen te behandelen.

Ja, het geïntegreerde temperatuurkanaal kan worden gebruikt voor temperatuurcompensatie op hostniveau en voor bewaking van de bedrijfsomstandigheden. De digitale uitgang heeft een typische schaalfactor van 11 LSB/°C met een offset van 2.380 LSB bij +25 °C. De analoge uitgang levert 5 mV/°C met een offset van ongeveer 1,49 V bij +25 °C. De opgegeven herhaalbaarheid van de temperatuurmeting ligt binnen ±5 °C. Het kanaal is daarom geen vervanging voor een gekalibreerde externe sensor wanneer een nauwkeurige meting van de omgevingstemperatuur vereist is. Het is vooral nuttig om de nulpuntsafwijking van de versnellingsmeting en het gedrag van de schaalfactor te relateren aan de thermische toestand van de sensor zelf. Bepaal de compensatiecurven op de volledig gemonteerde eenheid, omdat de printplaatlay-out, mechanische spanning door de montage en lokale opwarming de uiteindelijke systeemrespons kunnen beïnvloeden.

Met het bijbehorende CAS21x-evaluatiebord kunt u het gekozen meetbereik en de interface controleren voordat het ontwerp van de hostprintplaat definitief wordt. Het bord meet 34 × 26 mm, werkt op 3,3 V en biedt toegang tot zowel de analoge uitgangen als de SPI-bus voor CAS21x-varianten met bereiken van ±0,85 g tot ±96 g. Hiermee kunt u al vroeg de schaalfactor, bandbreedte, ruis, berichtverwerking en temperatuurgegevens controleren met de beoogde sensor. Het bord is bedoeld voor evaluatie, niet voor integratie als permanent subsysteem. Het mechanische gedrag, het EMC-gedrag en het gedrag onder omgevingsinvloeden mogen daarom niet rechtstreeks als representatief voor de uiteindelijke eenheid worden beschouwd. Een productieontwerp vereist nog steeds de aanbevolen ontkoppeling, een zorgvuldig uitgewerkte printplaatlay-out, een gevalideerd montageproces en kalibratie op systeemniveau.