Sensor Solutions Division

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1 Sensor Solutions Division Gabriel Soccodato Freescale DFAE Electrocomponentes S.A. SASE 2014

2 Agenda Perspectiva y Tendencias Aplicaciones Productos Acelerómetros Magnetómetros Compuestos Sensores de presión Giróscopos Touch Inteligentes

3 Sensores Un sensor es un dispositivo que recibe una señal y responde a ella. La sensibilidad del sensor indica cuanto cambia su salida ante cambios de la señal medida o detectada Sensor no inteligente: mide una magnitud física y la convierte en una señal que puede ser leída por un observador o por un instrumento Sensor Inteligente: además de traducir una magnitud física en otra eléctrica tiene la capacidad de tomar decisiones. Típicamente simplifica la tarea del procesador permitiendo mayor eficiencia de todo el sistema

4 MEMS: Micro Electro Mechanical Systems Sensores de presión y acelerómetros están hechos con tecnología MEMS MEMS: En un chip se integran componentes mecánicos muy chicos junto con componentes eléctricos Hay dos tipos de integrados con tecnología MEMS: Monolíticos: el dispositivo MEMS y la electrónica están en el mismo integrado de silicio System on a Package: el dispositivos MEMS y la electrónica están en el mismo encapsulado

5 MEMS Micromaquinado Bulk: en este proceso un cristal de silicio se talla para obtener un dispositivo MEMS tridimensional. Este proceso es sustractivo. Parte del silicio se saca del cristal mediante químicos anisotrópicos. Este proceso es ideal para producir sensores piezoresistivos. La pieza mecánica obtenida es muy estable Micromaquinado Superficial: en este proceso, el dispositivo MEMS se forma al depositar materiales de película delgada sobre el sustrato de silicio. Se depositan también materiales que luego se van a extraer para formar la estructura del dispotivo MEMS. Esta tecnología de producción es ideal para producir sensores capacitivos

6 HARMEMS Es una tecnológía de Freescale (High Aspect Relation MEMS) que está concebida especialmente para aquellas aplicaciones con mucho ruído mecánicos como las automotríces. Tiene una respuesta sobre amortiguada y una excelente relación señal ruído. Nació para detección de condición de disparo de airbags y también se usa para medición de aceleración lateral en sistemas de control de estabilidad (ESC).

7 Grados de libertad 3 DOF: Una partícula en movimiento en tres dimensiones sin rotación Acelerómetro de 3-ejes 6 DOF: Movimiento de un cuerpo rígido en el espacio tridimensional, hacia adelante/atrás, hacia arriba/abajo, hacia la izquierda/derecha combinado con rotación alrededor de los tres ejes perpendiculares. El movimiento a lo largo de los tres ejes es independiente de los otrosy de la rotación Acelerómetro de 3-ejes más magnetómetero de 3-ejes O acelerómetro de 3-ejes más giróscopo de 3-ejes

8 Tendencias Proliferación de inteligencia conectada Seguridad y automatización inteligente Eficiencia Energética y conservación de recursos Estilo de vida valorizado Conciencia del contexto y interfaz humana intuitiva Señales del mundo real

9 Tendencias

10 Sensores Aplicaciones Automotríces Airbag Información de neumáticos Manejo del motor Control de estabilidad

11 Sensores - Aplicaciones de Consumo Interface Humana Barómetro y altímetro Seguimiento de actividad Monitoreo de Comfort

12 Sensores - Aplicaciones Industriales Mantenimiento predictivo: Shock/vibraciones Control de Presión Navegación Inercial Monitoreo de Seguridad

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14 Oferta de Sensores Presión Acelerómetros Automotríz, industrial, medico y consumo sensores absolutos y diferenciales Caudal, manejo de comfort, HVAC, medicina, control de motores, etc. Consumo e industrial sensores de bajo-g y medición de inclinación Automotríz sensores de medio y alto g para detectar choques Estabilidad de vehículos, airbag, monitoreo de vibraciones, compensación de inclinación Magnetómetros Consumo e industrial msensores de campo magnético y brújulas 3D Alineación de Orientación, detección de proximidad, llaves magnéticas Giróscopos Consumer and industrial sensores de velocidad angular y de 6/9DOF IMU Automotríz sensores de rolido e IMU Estabilización, movimientos y gestos para HMI, navegación inercial, juegos Sistemas de Sensores Consumo e industrial plataformas integradas con sensores y MCUs Automotríz PS, sensores inteligentes, pedómetros, anti-tamper, pronóstico de fallas

15 Acelerómetros

16 Acelerómetros Detectan cambios en la fuerza aplicada al inclinar, mover, posicionar, golpear o hacer vibrar un objeto Uno, dos y tres ejes de sensado desde 1.5g a 250g Los sensores son soluciones system-in-a-package (dos chips) compuestos por: Celda g: Celda capacitiva MEMS por micromecanizado superficial modelada como una serie vigas unidas a una masa central que se mueve entre otras vigas fijas Circuito integrado: mide la capacidad de la celda g y obtiene los datos de aceleración, proporciona acondicionamiento de señal, filtrado y compensación por temperatura

17 Celda de eje Z - Principio Celda g de eje X Los dientes de la masa móvil se mueven entre los dientes de un peine fijo formando dos capacitores en serie. La masa central se mueve con la aceleración, cambiando la distancia (y capacidad) entre los dientes. El cambio de capacidad es convertido a una salida de tensión correlacionada con la aceleracióna traves del IC de control.

18 Celda de eje Z - Principio - 2 placas estáticas capacitivas. - Placa central móvil. Se mueve con la aceleración y cambia la distancias (capacidad) respecto de las placas fijas. - Un SmartMOS ASIC usa técnicas de conmutación capacitiva para convertir la medición en una salida analógica.

19 Acelerómetros - Parámetros Rangos de detección: Bajo g (menos de 20g) Medio g (desde 20g a 100g) Alto g (mayores 100g) Cantidad de ejes: 1, 2 o 3 (x, z, xy, xyz) Tipo de salida: Digitales (I2C, SPI, DSI) (10, 12, 14 bits) Analógicos Sensibilidad: Digital (cnts/g) ó (mg/digito) Analógicos (mv/g) Frecuencia roll off o ancho de banda Tensión de alimentación

20 Rango dinámico por aplicación

21 Familia de acelerómetros de bajo g MMA865x MMA845x Digital Barato Sensibilidad 0,25mg/cuenta Sensibilidad Prestaciones altas Funcionalidades 0,25mg/cuenta vertical/horizontal Angulos de disparo vertical/horizontal configurables Filtro pasa altos pasa altos Detección de transitorios Digital Baja Tensión MMA V Digital Bajo Consumo FXLN837x 0.35uA/Hz Analógico Gran Ancho de banda Barato 4.9kHz Sensibilidad Funcionalidades FIFO Detección Filtro Digital Grandes prestaciones MMA8450 1mg/cuenta Encapsulado Industrial Baja tensión V Encapsulado Industrial Rango Extendido: 105ºC Detección de transitorios Consumo Industrial

22 MMA845x Caballito de batalla Prestaciones del MMA845x 1.95V a 3.6V y 1.6V to 3.6V VDDIO ±2g/±4g/±8g ajustable dinámicamente ODR de 1.56 Hz a 800 Hz Ruído 99 μg/ Hz 14-bits, 12, 10 y 8-bits resolución I2C (hasta 2.25 MHz con 4.7 kω pullup) 2 pines de interrupción programables para 7 fuentes Tres canales de detección de movimiento 1 canal de detección de caída libre o movimiento 1 canal de detección de pulsos 1 canal de detección de sacudida Detección de orientación (Portrait/Landscape) con histéresis programable Cambio automático de ODR para Auto-WAKE y retorno a SLEEP FIFO de 32 muestras Filtro para alto por muestra o aplicado a al FIFO Self-Test Consumo: 6 μa a 165 μa Aplicaciones del MMA845x Teléfonos Celulares Máquinas de Juegos Monitoreo de Deportes Medición de Energía Scanners de mano Control Remoto Navegadores Equipos médicos 22

23 MMA845x - Herramientas 2011 Sensor Toolbox: LFSTBEB845X: Placa de desarrollo de acelerómetro Placa hija MMA8451 Placa hija MMA8452 Placa hija MMA8453 Cable USB Quick Start Guide RDMMA845X: Placa de desarrollo de acelerómetro Placa hija MMA8451 Placa hija MMA8452 Placa hija MMA8453 Placa de comunicaciones Cable USB Quick Start Guide LFSTBUSB

24 FXLS8471Q Características 1.95 V a 3.6 V, 1.62 V a 3.6 V VDDIO ±2 g/±4 g/±8 g configurables Output Data Rates (ODR) desde 1,563 Hz a 800 Hz Bajo ruído: típicamente 99 g/hz en modo bajo 200-Hz bandwidth Resolución 14-bits: mg/lsb en rango de ±2-g Funciones integradas: Detección de caída libre y movimiento Detección de transitorios Detección de cambio de vector-magnitud Detección de pulso y tap (Simple y doble) Detección de orientació (Portrait/Landscape) Cambio de ODR programable automáticousando Auto-Wake y retorno a Sleep para ahorrar energía Buffer FIFO de 192-bytes, almacena hasta 32 muestras de X/Y/Z Soporta SPI de 4 cables hasta 1 MHz; I2C normal (100 khz) y rápido (400 khz) Auto test integrado Aplicaciones Industriales: análisis de vibraciones, monitoreo de mantenimiento, estabilización Consumo: Smartphones, tablets, cámaras digitales, navegadores Medicina: monitoreo de pacientes, detección de caída, etc

25 FRDM-FXS-MULTI y MULTI-B BRKOUT-FXLS8471Q AN4692/3/4 FXLS8471UG

26 MMA865xFC Puntos diferenciales del MMA865xFC Es único en el mercado por sus prestaciuones Exactitud en offset y sensibilidad Resolución hasta 0.25mg/cuenta Ultra-compacto, encapsulado hasta 56% más chico Tecnología MEMS de próxima generación Prestaciones del MMA865xFC Encapsulado DFN de bajo perfil 2 x 2 x 1.0 mm Salida digital de bits Gran sensibilidad: 1 mg por LSB Bajo ruído: 150 micro g por root Hertz (independiente de la resolución) Modo de bajoconsumo: 7 ua Alimentación para interfaces (Interrupciones e IIC): 1.62 a 3.6 V Alimentación : 1.95 a 3.6 V Velocidad de lectura: 1.5 a 800 Hz 26

27 Herramientas Sensor Toolbox Kit (LFSTBEB865x) Incluye dos placas que se auto identifican con MMA8652FC y MMA8653FC Tiene interfaz USB Incluye la demo y software de evaluación Sensor Toolbox Sensor Toolbox Bundle (RDMMA865x) Includes both accelerometer development boards and the USB board Available at: Entrenamiento y Soporte Nota de aplicación, Data manipulation and the basic settings for the Xtrinsic MMA865xFC accelerometers (AN4083) Seminarios globales Designing with Freescale Freescale Technology Forums Entrenamientos de los DFAE

28 FXLN837x 3-ejes bajo g Familia de acelerómetros analógicos para aplicaciones industriales de mucho ancho de banda Diferenciación Rango extendido de temperatura 105 ºC Especializado para deteccción de vibraciones hasta 4.9kHz (2.5x más que la competencia) Capacidad simultánea para medir inclinación y shock puede cambiar el modo de detección sin dejar de medir Bajo consumo 200uA en modo running Arranque rápido < 500us Prestaciones 1.71V a 3.6V ±2g a 16g seleccionable Gran ancho de banda: hasta 4.9kHz Inspección visual de las soldaduras, encapsulado QFN 3x3x1.05mm paso 0.65mm Salidas Analógicas Paralelas para uso simplificado con MCUs Aplicaciones Desbalance de lavarropas Mantenimiento de motores monitor de vibración Seguridad Shock de alta frecuencia

29 MMA ejes - Salida Digital Bajo consumo Diferenciación Consumo (<0.35uA/Hz) Encendido (<0.5ms) Uso sencillo (Salidas de detección de 45ºC de inclinación para XYZ) Prestaciones Alimentación: 1.95V a 3.6V Rando: ±8g Sensibilidad: 1mg/cuenta Lecturas <1Hz a 800Hz+ Interfaz I²C Pin de Enable para manejar consumo de afuera Ruído: 216µg/ Hz Encapsulado 3x3mm de paso 0.65mm permite inspección visual de soldadura Aplicaciones Control Remoto Tamper Detect en medidores Inclinación en lìnea blanca

30 DEMOMMA8491 Demo alimentada a baterías Prestaciones Salidas XYZ push pull Pequeño, alimentadoi a batería Sencillo, demuestra detección de 45º de inclinación

31 Acelerómetros Funciones Integradas

32 Detección de Orientación (Portrait/Landscape) Mediante interrupciones el chip alerta sobre cambios en los datos y cambios de orientación configurables Por la salida I²C se especifica la orientación

33 Detección de Shake g Interrupt Trigger Register Read bint START 1.3g Set ODR (1-120 SPS) Se dispara cuando la aceleración supera el umbral de 1.3g Habilitación independiente para X, Y y Z Se usa para detección de inicio de movimiento Enable any combination of SHINTX, SHINTY, SHINTZ in the INTSU (0x06) register YES Shake > ±1.3g? Shake bit in the TILT register is set t

34 Detección de Tap Programmable Minimum duration Slow running average Programmable Threshold START Enable Tap in INTSU Set AMSR[2:0] = 000 in SR (0x08) ODR -> 120 SPS Fast impulse Set Tap debounce: adjacent taps ( ms) Maginutd y ancho de pulso programables Promedio lento pata calibración dinámica referenciada Se para detectar tap simple o doble Set Tap Threshold ±1 - ±31 counts Set XDA, YDA, ZDA bits in the PDET (0x09) register. YES Read Tap bit in TILT (0x03) register To clear interrupt Did INT occur?

35 Detección de Flick Time Flick to Next Picture Threshold 2 Threshold 1 START Configure ODR to 32 SPS Enable GINT Allocate variables for Threshold 1, Threshold 2, and Time YES Did GINT occur? Se pueden configurar para detectar firmas múltiples Read Xout, Yout, and Zout Compare Threshold 1, Threshold 2, and Time Occurred in on Z axis NO Is Threshold 1 and 2 and Time Met? YES Flick Detection

36 Auto Sleep y Auto Wake Funcción: Despierta o duerme ante eventos configurables por el usuario Beneficios: 1. Ahorra tiempo de procesamiento El procesador no necesita tener alrotirmos adicionales para consultar los datos 2. Ahorro de energía miesntras se usa el acelerómetro Es sencillo de habilitar. 3. Ahorra energía en el sistema El acelerómetro envía una interrupción al procesador host ante cualquier cambio de movimiento, orientación, detección de pulso, golpe, o caída libre (NOTA: Se pueden combinar las interrupciones para wake-from-sleep)

37 Magnetómetros

38 Magnetómetro Magnetómetro: es un instrumento para medir la magnitud y dirección de un campo magnético. Cuando se combina con un acelerómetro para compensar la inclinación, se usa principalmente como brújula electrónica. Permite alinear mapas en movimiento.

39 Magnetómetro - Aplicaciones Teléfonos móviles Próxima generación de interfaz de usuario Brújula electrónica (ecompass) Orientación de mapas Asistencia a GPS mediante dead-reckoning Seguimiento para aplicaciones móviles Cambio de posición del display Juegos Reemplazo de bajo costo de giróscopos Control de movientos 3D Control Remoto/Mouse virtual/punteros Reemplazo de bajo costo de giróscopos Control de movientos 3D Navegación Brújula electrónica (ecompass) Orientación de mapas Asistencia a GPS mediante dead-reckoning Seguimiento para aplicaciones móviles Smartbooks/eReaders/Netbooks/Laptops Seguimiento para aplicaciones móviles Asistencia para Boot rápido Interfaz de usuario Michelle Kelsey 8/19/2010

40 Tecnología Se basa en la tecnología de las memorias RAM Magnetoresistivas (MRAM) MRAM fué considerada como una posible memoria universal con velocidades de acceso similares a las SRAM y densidades similares a las memorias flash. Reemplazando RAM y flash con una meoria única para lograr ambos almacenamientos de código y datos; estático y dinámico. Esta mima tecnología; Tunneling Magnetoresistive (R), se usa para la nueva familia de sensores magnéticos de Freescale. basado en la juntura de tunel magnético (MTJ) Incluye dos contactos eléctricos, dos capas magnéticas y una capa de barrera. Formado por 3 conjuntos de matríces de estos dispositivos formando puentes de Wheat stone (Cada uno sensible en una dirección diferente) La tensión de salida es digitalizada

41 Unidades de Medición Tesla[T] = 10,000 [G] Gauss 1 G = 1 x 10-4 T = 100 microtesla Algunos valores típicos de campo magnético que pueden encontrarse son: Medición Campo magnético terrestre en las oficinas de Freescale (Tempe, Arizona) en 1/1/2011 Unidades SI 48.2 microtesla Imán típico de helareda 5,000 microtesla Imán de hierro chico Imán de neodimio-hierroboro (NIB) chico 10,000 microtesla 200,000 microteslas * Algunos datos son de Wikipedia. ** La magni`tud del campo magnético terrestre varía desde < 30 microteslas a > 60 microteslas en los polos magnéticos.

42 Compensación de la Distorción Magnética Offset fuerte provocado por material magnético: Componentes de PCB que actúan como imanes permanentes en el sistema, de orientación y posición fijas respecto al sensor Ejemplos: parlantes, fijaciones magnéticas, etc Actúa como offset de DC -40 Offset suave provocado por material magnético : Múltiples componentes en un PCB o en el producto pueden crear interferencia suave. Provocan diferencias no calibradas de ganancia en cada eje Hay diferencias direccionales y de posición

43 MAG Magnetómetro de 3-ejes Diferenciación Función Brújula Decimador que permite filtrar ruídos inducidos por Idd y de RF por oversampling Características Alimentación 1.95V a 3.6V Campo magnético máximo 10G (1000 ut) ODR desde 1.25Hz a 80Hz Bajo ruído 0,25uT RMS a 80Hz ODR Resolución del Magnetómetro 0.1uT Consumo 24uA a 1.25Hz Interfaz Digital I²C Rango extendido de temperatura de -40 C to +85 C Encapsulado de 2x2x0,85mm QFN Aplicaciones Brújula Electrónica (ecompass) Interfaz de usuario mejorada Complemento de GPS (Dead-reckoning)

44 MAG3110 Recursos de Desarrollo LFSTBEB3110 Sensor Toolbox Kit Incluye una placa auto identificada de evaluación del MAG3110 Trabaj con placa de comunicaciones USB Incluye el software de evaluación y demo Sensor Toolbox RD4247MAG3110 Sensor Toolbox Bundle Este kit, inlcuye la placa de evaluación del MAG3110 y la placa de comunicaciones Notas de Aplicación AN4246 : calibrando una ecompass en prescencia de interferencia suave y fuerte AN4247: Recomendaciones para Layout en aplicaciones con magnetómetros AN4248: Implementación de ecompass compensada en inlcinación con un acelerómetro y un magnetómetro AN4249: Exactitud en la estimación de ángulo en aplicaciones ecompass y puntero 3D RD4247MAG3110 Sensor Toolbox Bundle este software se puede descargar en forma gratuita y provee la solución de brújula electrónica compensada y corregida fusionando los datos de acelerómetro y magnetómetro.

45 Dispositivos compuestos Magnetómetro y Acelerómetro

46 FXOS8700CQ - 6DOF (Acelerómetro y, Magnetómetro de 3-ejes) Diferenciación Celdas g y m de bajo ruído Funciones inteligentes mejoran la velocidad de respuesta y ahorran energía FIFO de 32 muestras con lectura burst Puede medir campos geomagnéticos con compensación de inclinación Características Alimentación 1.95V a 3.6V, I/O 1.6V a 3.6V Acelerómetro de ±2g/±4g/±8g, magnetómetro de ±12 Gauss ODR desde 1,563Hz a 800Hz, 400Hz híbrido 14-bits en aceleración y 16 bits en campo magnético (800 cuentas por Gauss) Gran rango dinámico ±1200μT Bajo Offsett: 0.1mG por grado Detector de movimiento de 4 canales: ion- FF, Pulso, Transitorios, HPF y Tap Detector de Magnitud del Vector de aceleración y campor magnético Consumo 80 μa en modo 25 Hz Encapsulado 3x3x1.2mm QFN Aplicaciones Brújula electrónica Interfaz de usuario mejorada Dead-reckoning para complementar GPS

47 Un capsulado, 2 sensores inteligentes

48 FXOS8700CQ Recursos de Desarrollo RD4247FXOS8700 Sensor Toolbox Bundle Incluye placa de evaluación de FXOS8700CQ 6DOF y placa de comunicaciones USB Notas de Aplicación que puede actualizarce e incluír al FXOS8700CQ : AN4246 : calibrando una ecompass en prescencia de interferencia suave y fuerte AN4247: Recomendaciones para Layout en aplicaciones con magnetómetros AN4248: Implementación de ecompass compensada en inlcinación con un acelerómetro y un magnetómetro AN4249: Exactitud en la estimación de ángulo en aplicaciones ecompass y puntero 3D este software se puede descargar en forma gratuita y provee la solución de brújula electrónica compensada y corregida fusionando los datos de acelerómetro y magnetómetro. RD4247FXOS8700 Sensor Toolbox Bundle

49 Giróscopos

50 Giróscopo Qué es un Giróscopo? Es un sensor que mide velocidad angular (grados / segundos) Se puede aplicar en interfaces de usuario, sistemas de navegación, etc. Aplicaciones y casos de uso Control Remoto / Mouse / Apuntadores Orientación relativa, posición, tracking de movimiento del dispositivo de interfaz de usuario Juegos Reconocimiento de movimiento en interfaz humana para mejorar la experiencia de usuario Wearables / Monitores de Actividad Más exactitud en monitoreo de movimiento y posición Industrial & Medico Asistencia de navegadores, Tracking de bienes Monitoreo de actividad, Monitoreo para ancianos Tablets / Móbiles y localizadores Complemento de GPS (Asistencia de Navegadores Dead Reckoning) Mobile gaming life like motion recognition UAV (Juguetes) Estabilización de helicópteros de control remoto Internet de las cosas Múltiples aplicaciones para posicionamiento exacto e interfaces de usuario Control contextual 50

51 Giróscopo FXAS21002 VDD supply voltage from 1.95 V to 3.6 V; digital interface supply voltage from 1.62 V to 3.6 V digital interface 16-bit digital output resolution +-250/500/1000/2000º/s software-selectable full-scale dynamic ranges Noise density of 25 mdps/ Hz at 100 Hz bandwidth (200 Hz ODR) Current consumption in Active mode is 3 ma Time to transition from Standby to Active mode is 50 ms Interfaces: I2C (100 khz a 1MHz) SPI 3-wire y 4-wire (Hasta 2 MHz) FIFO buffer is 192 bytes deep (32 X/Y/Z samples) with stop, circular and triggered operating modes Output data rates (ODR) from 12.5 to 800 Hz; programmable low-pass filter to further limit digital output data bandwidth Angular rate sensitivity of /s in º/s FSR mode Low power standby mode Power mode transition control via external pin for accelerometer-based power management (motion interrupt) Rate threshold interrupt Integrated self-test function No external charge-pump capacitor needed 8-bit temperature sensor MSL 3 compliant package 51

52 FXAS21002 Recursos de Desarrollo Board Supported devices Notes FRDM-FXS-MULTI-B MPL3115A2 MMA8652FC FXAS21000CQ FXOS8700CQ FXLS8471Q MMA955xL MAG3110FC The FRDM-FXS-MULTI-B offers12-axis sensing, wireless with Bluetooth and the compatible Android app, the Xtrinsic Sensor Fusion Toolbox FRDM-FXS-MULTI MPL3115A2 MMA8652FC FXAS21000CQ FXOS8700CQ FXLS8471Q MMA955xL MAG3110FC The FRDM-FXS-MULTI offers 12-axis sensing FRDM-FXS-9AXIS y FXAS AXIS FXAS21000CQ FXOS8700CQ The FRDM-FXS-9AXIS offers 9-axis sensing AN4917 Compatibilidad entre FXAS21000 y FXAS

53 Sensores de Presión

54 Presión Algunos conceptos Qué es la Presión? La Presión (P) es la fuerza aplicada en una unidad de área en un gas, líquido o sólido La presión Atmosférica o Barométrica es debida al peso de la atmósfera (aire y vapor de agua) sobre la superficie terrestre

55 Presión Algunos conceptos Las conversiones bpasicas de las unidades de presión son: 1 atm = kpa = 760 mmhg = psi 1 psi ~ 28 H2O ~ 70cm H2O ~ 7 kpa

56 Sensores de Presión Son dispositivos piezo-resistivos compuestos por una pieza única de silicio (monolíticos) que sirven para monitorear procesos industriales, médicos, automotríces, etc. Diferenciales: La diferencia de presión entre dos puntos se mide como la presión aplicada a ambos lados del elemento sensible Manométricos/Gauge: Un lado del elemento sensible está a presión atmosférica y el otro a la presión a medir Absolutos: La presión a medir se aplica a un lado del elemento sensible y el otro lado está sellado al vacío

57 Levantando el capot de un Sensor de Presión Diafragma Circuito de acondiciona miento de Señal Strain Gauge Sensor de Presiòn integrado en un solo chip

58 Sensor de Presión - Sección transversal

59 Sensor de Presión Digital Barométrico

60 MPL3115A2 - Altímetro Digital de Precisión Diferenciación Compensado internamente no requiere software en altitud, presión y temperatura Lectura directa de presión en Pascales y altitud en metros Inteligencia On-board Características Resolución en altitud : < 1 pie / 0.3 m Resolución en presión: 1.5 Pa Rango de presión: kpa Rango de presión calibrado: kpa Alimentación 1.95V a 3.6V OST hasta 140 Hz Consumo: Standby: 2 μa Modo de bajo consumo: 8.5 µa a 1 Hz Interface digital I²C Encapsulado 3x5x1,1mm LGA Aplicaciones Altímetro de gran exactitud Smartphones / Tablets Mejora de GPS

61 MPL3115A2 Prestaciones Avanzadas/Beneficios Prestaciones Especificaciones Beneficios Compensación Interna Full Altitud, Presión, Temperatura No requiere Software Pascal o Metros Ahorra recursos del MCU porque no hace falta calcular conversiones de unidades Gran Exactitud/Resolución (Hasta 20-bits) 1.5 Pa o 30 cm* Detecta canbios de presión tan chicos como 1.5 Pascal, que equivalen a 30 cm de altitud; el MCU no es necesario Velocidad de Muestreo Hasta 128 Hz Permite aplicaciones de gran resolución mediante oversampling Consumo Standby Mode: 2 μa Low-Power Mode: Hz Más vida de batería Rango Operacional de Presión 20 a 110 kpa Mayor rango de presión permite usarlo para más aplicaciones Alimentación 1.94 a 3.6 V Rango amplio Lecturas en SI * Crango de presión calibrado: kpa

62 MPL3115A2 Recursos de Desarrollo Sensor Toolbox Kit (KITSTBMPL3115A2) Sensor Toolbox Bundle (DEMOSTBMPL3115A2) Incluye una FRDM con múltiples sensores en formato FRDM que puede conectarse a las demás placas FRMD de MCUs XTRINSIC-SENSORS-EVK y XTRINSIC-SENSE_BOARD de Element14/Farnell/Newark Incluye una placa de evaluación auto identificada de MPL3115A2 y la placa USB FRDM-MULTI/B Incluye una placa de evaluación auto identificada de MPL3115A2 Incluye demo y software de evaluación Sensor Toolbox Incluye una placa compatible con FRDM y FRDM de KL25 opcional Compatible con RaspberryPhy Beyond Silicon Training and Support AN4519, Data Manipulation and Basic Settings of the MPL3115A2 Command Line Interface Driver Code AN4481, Sensor I2C Setup and FAQ AN4528, Pressure Altimetry using the Xtrinsic MPL3115A2 APEX (Altitude Pressure EXperimental) reference design

63 Sensores de Presión de Baja Tensión

64 Porqué sensores de Baja Tensión? Flexibilidad para Diseñar Freescale está haciendo que los sensores de presión de 5V estén disponibles en el espacio de diseño de 3V Simplifica el diseño Elimina dispositivos de interfaz adicionales La mezcla de tensiones en un sistema aumentan la cantidad de componentes Mejora el consumo del sistema Implementación Los sensores de presión de 3V tienen el mismo pin-out que los de 5V existentes Diseño simple, cambiamos uno por otro Plug n play en sistemas de 3V Aplucaciones Portables Sistema compatible dado que 3V es estandar Los dispositivos de baja tensión se prestan para la electrónica portátil Aumenta la demanda de baja tensión motorizada por los requisitos de bajo consumo

65 Sensores de Presión MP3V5xx Características Alimenatción: 2.7 V a 3.3 V Span típico: 2.7 V Rango de presión: 0 a 7 PSI (50 kpa) Versión absoluta disponible: MP3V5050V Error máximo 2.5% entre 0 y 85 C Compensado por variaciones temperatura entre 40 y +125 C Especialmente apropiado para sistemas con microcontroladores Strain gauge de silicio patentada Múltiples opciones de puertos disponibles Encapsulado termoplastico SMD muy resistente Disponible en bandejas y rollos Kit de evaluación: KIT3VSOPXBRD

66 Aplicaciones de los Sensores de Presión

67 Aplicaciones de los Sensores de Presión Médicina Monitor Presión Sanguínea Apneas (CPAP) Manejo de heridas Respiradores Monitores Portátiles Delivery de drogas Diálisis Camas de Hospital Bombas de Infusión Automotríz After Market MPXV5004G and MPX2300DT1 Series Presión absoluta de múltiple Presión Barométrica Absoluta Reciclado de gsas de escape Presión de sistema de frenos Aspiradoras Lavarropas Lavavajillas Machines Heladeras Altímetros Medidores diversos Barómetros Dispensers de bebidas MPXH6115A and MPXH6250A Series Gestión de motores pequeños Motores de motos Motores de scooters Motores de cortadoras de cesped Línea blanca Consumo MPXH6250AC Series MP3H6115A and MPXM2102A Series Industrial Aire acondicionado Compresores Dispensers de Pinturas Medición de caudal de aire Medición de nivel de líquidos

68 Apliaciones médicas Sensores Absolutos100 a 1000 kpa Monitor de gas de anestesia Sensores de presión médicos Chip Pak Sensores Diferenciales de 4 a 1000 kpa Respiradores Espirómetros Inhaladores Apnea de sueño Monitoreo de Asma Medición de presión arterial Equipos de diálisis Monitoreo de pacientes Camas de hospital

69 Apliaciones médicas Presión sanguínea no-invasiva Medidores automáticos o manuales para el braso o muñeca MPXV5050 ofrece una solución lista para productos masivos Los sensores compensados MPXM2053 y MPX2050GP ofrecen una solución de bajo costo

70 Aplicaciones Respiratorias Presión de Aire Contínua Positiva El C.P.A.P es un generador de caudal de aire con un sistema de monitoreo de presión que regula para entregar presión contínua. Se usa para tratar Apneas de Sueño. Producto Recomendado MPXV5004G Medidor de Caudal Pico Los meidores de caudal pico se usan para proveer el valor pico del caudal para controlar la función pulmonar y para agregarlo a un plan de acción adecuado. Ej.: monitoreo y terapia de Asma Productos Recomendados MPXV5004G, MPXC2011DT1

71 Colchones de aire para tratamientos prolongados Monitoreo de niveles de presión de colchones para evitar: Necrosis de músculos Llagas y ulceraciones Producto Recomendado MPXV5010GC6U

72 Electrodomésticos Sensores barométricos de 4 a 10kPa Nivel de agua de lavarropas y lavavajillas Aspiradoras MPXV5000 & MPXM2000 Series Monitoreo de nivel de agua Diseñado para monotoreo de nivel de agua Rango de 0,5 a 4kPa, rango de temperatura de 0 a +85 C Calibrado, compensado en temperatura y amplificado Conecciòn directa a MCU (Salida analógica) MPXV5004GW & MPXV12

73 Altímetro/Barómetro Medición de presiòn atmosférica La tendencia de la presión determina como estrá el tiempo en las próximas horas Convierte presión en altitud en cualquier lugar MPL115 y MPL3115 Hang gliding Variometer measuring height and speed

74 Opciones de Encapsulado Super Small Outline Package (SSOP) MPAK MPAK Axial Port Small Outline Package (SOP) Case 482 Through Hole 482B LGA 5x3x1.2mm Unibody Case 1317 Vacuum Port Tire Pressure Monitor Side Port Axial Port Dual Port Dual Port Axial Port Medical Chip Pak Case 423A Through Through Through Hole Hole Hole Axial Port Axial Port Axial Port

75 Sensores Touch

76 Ventajas de los Touch Capacitivos de Freescale 77 Deferenciadores de Freescale: Solución con máquina de estados vs. software de mcu Permite el menor consumo del mercado Fácil de implementar, no se requiere software No hay muchos condicionamientos en el layout, no es sensible a la longitud de las pistas El MPR121 tiene capacidad auto configuración, es más simple configurar y setear electrodos que en soluciones de la competencia Cada uno de los 12 canales del MPR121 puede setearse y configurarse de forma independiente, permitiendo conectarle electrodos de diferente forma y rango de capacidad Son dispositivos multi-funcción, también son LED driver I2C. Las salidas de sensado capacitivo son 12, 8 pueden ser configuradas como GPIOs multifuncción. Cada GPIO puede entregar hasta Vea AN3894 para más detalles del uso de estas soluciones como LED driver

77 Ofreta de Sensores Touch Sensado Touch Capacitivo Controladores Stand-alone Sensado Touch Capacitivo Software agregado a MCUs MPR031 MPR083 MPR084 MPR121 S08 ColdFire ColdFire+ Kinetis Más de 300 Microcontroladores Touch Screen Resistivo Controladores en MPUs ColdFire MCF5227x i.mx233 i.mx251 i.mx255 i.mx257 i.mx258

78 MPR121 Touch Sensor Controller Prestaciones Consumo: 29 μa Encapsulado: x 3 x 0.85 mm 20-QFN Suporta hasta 12 touch pads 8 de 12 salidas se pueden configurar como GPIO para usarlas como LED Driver entre otras posibilidades Solo requiere un componentes externo Detección de touch capacitivo inteligente Corriente máxima en shutdown: 4 μa Alimentación: 1.71 V a 3.6 V Umbral de detección con histéresis Interfaz I2C, con IRQ opcional Rango de Temp.: -40 C a +85 C Implementaciones Reemplazo de botonos Touch pads Mejoras Nuevo sistema de Auto-configuración Sistema de filtrado de 2da generación Mayor rango de tensió Control de electrodos 100% independient e

79 MPR121 Touch Sensor Controller

80 MPR121 Recursos de Desarrollo Placa de transferencia de MPR121 QFN a DIP Adaptador I2C a UART Set de electrodos básicos Hay otros electrodos a pedido Se puede conectar a placas touch prototipo PC GUI para evaluación y demo Set Básicos Placa de electrodos prototipo

81 MPR031 Touch Sensor Controller Prestaciones Consumo promedio: 8 μa Encapsulado: 2 mm x 2 mm x 0.65 mm 8-UDFN Soporta hasta 3 touch pads Solo requiere un componente externo Detección de touch capacitivo inteligente Corriente máxima en shutdown: 4 μa Alimentación: 1.71 V a 2.75 V Umbral de detección con histéresis Interfaz I2C, con IRQ opcional Múltiples sensores en un mismo sistema permiten hasta 6 electrodos Rango de Temp.: -40 C a +85 C Implemetaciones Reemplazo de botonos Touch pads

82 MPR031 Recursos de Desarrollo DEMOMPR031 Placa demo Compacta Quick start guide Encapsulado muy chico Fácil de usar KIPR03xEVM Placa de evaluación de MPR031 (4 placas) 5 muestras incluídas (4 cut tape y una DIP) Cable USB Sensor Toolbox software, revision 83 o posterior FTDI USB Driver (CDM exe o posterior)

83 Comparativa de prestaciones MPR031 vs. MPR121 Feature MPR03x MPR mW 52.2mW Benefit General Features Number of Electrodes Very Low Power Supply Average Power supply for the device is suitable for small battery applications 1.71V V Supply Range Both I2C and voltage supply can run in this range 2.5V 3.6V Supply Range Both I2C and voltage supply can run in this range 2x2x0.65mm DFN Package Extremely small low profile 8-pin package 3x3x0.65mm QFN Package Small low profile 20-pin package The MPR031 and MPR032 differ only by their I2C address allowing for multiple parts to be used in a system Devices with Multiple I2C Addresses Configurable I2C Addresses Operates on 4 different I2C addresses by simple hardware configuration Only 1 external component necessary Just one 75k Ohm resistor is required for device. Constant Current Capacitance Front End Time proven reliable capacitance detection engine

84 Comparativa de prestaciones MPR031 vs. MPR121 Feature MPR03x MPR121 Benefit Measures electrodes from 1pF to 2000pF from the same device Capacitance Sensing High Dynamic Range Independent Electrode Configuration Even in a single design, electrodes can vary in shape and size using a single device Automatic Configuration Automatic independent setup for each electrode Automatic Reconfiguration Customizable reconfiguration if baseline falls outside of range Two stage Filtering System Configurable Sample Rate Allows for simple data conditioning through averaging filter Sampling rate can vary between 1ms and 128ms GPIO/LED Eight shared LED driving Pins Electrodes can be multi-purpose as touch sensor or GPIO LEDs GPIO Extender If all pins are not used as electrodes, remainder can be simple GPIO extenders

85 Comparativa de prestaciones MPR031 vs. MPR121 Feature MPR03x MPR121 Benefit Prevents bounce on touch recognition by providing hysteresis Touch Sensing Increasing and Decreasing Thresholds Touch and Release Threshold IRQ Touch and release are both reported by Interrupt Assert Baseline Tracking System Maintains baseline by filtering out touch signals Bidirectional Baseline Tracking System Independent baseline tracking for positive and negative capacitance changes Baseline Filter Delay Filtering speed can be reduced for applications requiring fast response time and long term baseline averaging Stuck Key Removal Baseline Tracking Stuck Keys are detected and calibrated out with customizable system Proximity Sensing Proximity Sense Mode Detects proximity by combining electrodes as a separate configurable mode Proximity Sensing Pseudo Electrode Detects proximity by combining electrodes as a pseudo electrode allowing for simultaneous proximity and touch detection Proximity Detect IRQ Proximity Detection is reported by Interrupt Assert

86 Soluciones inteligentes

87 Sensor + Inteligencia = Xtrinsic Sensing Solutions Niveles crecientes de integración Procesamiento de la señal del sensor Almacenamiento No Volátil Interfaces de I/O Software Framework Inteligent e Adquicición de datos Manejo de energía Conectividad Niveles crecientes de inteligencia Programabilidad Auto-calibración Fusión de Sensores Ecosistema de software

88 Más Grados de Libertad Más grados de complejidad Magnetics Magnetics Applications Processor Accel Accel Sensor Sensor Pressure Pressure Proximity Proximity I2C, SPI, periféricos analógicos, ADC Diferentes velocidades de datos Calibración Específica Software Dedicado

89 Implementación: Sensor de Movimiento Inteligente MEMS (Acelerómetro de 3-ejes) ADC ColdFire V1 (MCU de 32-bit RISC) ROM 3 Axis RAM Accelerometer Flash MEMS SPI e I2C R ADC PWM (Pulse Width Modulation) A F M L GPIOs R O M Proximity Pressure Proximity Pressure CPU I2C SPI GPIO A S H 3x3mm

90 Performance, Fusión & Contenidos para aplicación Xtrinsic - Ejemplo de Differenciación Software de Sensado Sensor Inteligente Brújula ColdFire V1 32-Bit Conectivitdad I2C/SPI Alimentación Gestos Futuro Inertial Sensor Gyro Pressure Touch Magnetics Gyro Pressure Touch Magnetics Pedómetro (3rd party)

91 La Arquitectura de sensado de movimiento converge al hub de sensores inteligente Diseño más simple del sistema La fusión de sensores y el software de movimiento desacoplado de la aplicación que corre en el procesador principal El software de los sensores puede ser provisto por el fabricante o por terceros Power Consumo reducido Muchas aplicaciones pueden ser resueltas sin otro MCU Procesador Host corriendo la fusión de sensores El Sensor inteligente corriendo la fusión de sensores Ahorro de energía Carga de la CPU para fusionar sensores Las dos curvas se cruzan eventualmente debido a la complejidad creciente del nodo La intersección se mueve contínuamente hacia la derecha Ejemplo de ahorro de energía: Pedómetro

92 Motivos para usar un procesador de 32-bits Un sistema de sensores sencillo puede manejarse con un procesador de 8 bits Tamaño de código y consumo: Tamño de código normalizado para el core ColdFire (CF) V1: CF V1 =100%, S08 =40%, S12 =60%, 32 Kbytes of flash =220%, 2 Kbytes of RAM =40% El tamaño de Flash es 2.2x el instalado en el CF V1, y se incrementará en futuros sensores de Freescale, la Flash se convierte en el componente crítico Un core de 32-bits requiere menos instrucciones que uno de 8 El consumo total del sistema (incluyendo Flash y RAM) se reduce cuando la CPU procesa más rápido y se va a dormir Exactitud mejorada en los datos del Sensor Los datos del Sensor son de bits, se manipulan con rotaciones Se usan senos y cocenos de 16-bits multiplicando los datos en un acumulador de 32-bits y se almacena en registros de 16-bits Como mínimo absoluto se requiere un procesador de 16-bits con acumulador de 32-bits para que el procesamiento sea óptimo Usando un procesador de 8-bits (Con acumulador/multiplicador de 16-bits) Los datos del sensor deben ser truncados (truncando los senos y cocenos) o llevando mucho más procesamiento, Flash y Ram. Resultado: Si se acepta el truncado, la exactitud angular será pobre

93 MMA955xL Acelerómetro de 3 ejes + MCU 32 bits CFV1 Diferenciadores MMA9550L Plataforma de sensado de movimiento con librerías embebidas Capacidad de actuar como sensor hub Capacidad de bajo consumo y modos de energía flexibles Prestaciones Alimentación: 1.71 a 1.89V Output data rate (ODR): 488 Hz Rango dinámico configurables: +/-2g, 4g, 8g Resolución disponible: 14/12/10/8 bits 16K Flash, 2K RAM Aplicaciones Típicas Móbiles: Telefónos, Tablets, ereaders Controles: Remotos, Juegos Monitoreo de deportes Encapsulado 3x3x1 LGA Solo infraestructura User Flash: 6.5 Kbytes User RAM: 576 bytes MMA9551L Infraestructura y gestos User Flash: 4.5 Kbytes User RAM: 452 bytes MMA9553L Infraestructura y pedómetro User Flash: 1.5 Kbytes User RAM: 200 bytes MMA9559L Infraestructura sencilla User Flash: 14 Kbytes User RAM: 1.5 Kbytes La diferencia principal entre los distintos productos de esta famlia está en las funciones embebidas. El usuario puede usar la parte remanente para su propio software

94 Pedómetro Seteos Configurables: El largo del paso puede configurarse manualmente o calcularse de la altura y el peso El filtrado evita cuenta de pasos falsos Salidas Flexibles: 99.9% de exactitud en la cuenta de pasos Contador de Calorías Distancia Velocidad Promedio Contador de vueltas, guarda últimos resultados Complejidad Seleccionable: Cuenta pasos Cuenta pasos y Nivel de actividad Cuenta pasos, calorías & distancia Cuenta pasos, calorías & distancia con contador de vueltas

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