Sensoren Revival der
Sensoren Revival der hochpräzisen, rein analogen Technologie Verstärkte, rein analoge MEMS-Drucksensoren mit extrem gutem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) Bild 1: Verbreitetes Konzept mit digitaler Signalverarbeitung (AG2/AP2-Serie) Pewatron AG www.pewatron.com Die Drucksensoren der Serien AG3 und AP3 wurden ursprünglich für die hochgenaue Blutdruckmessung entwickelt. Nun hat sich gezeigt: Der Sensor mit dem extrem rauscharmen analogen Kurz gefasst: Die Digitalisierung schreitet in allen Bereichen schnell voran. Doch nicht immer ist die Umwandlung analoger Signale in digitale Daten von Vorteil. Dies erläutert der folgende Artikel. Ausgangssignal bringt auch in anderen Anwendungen entscheidende Vorteile, zum Beispiel in Medizintechnik-Applikationen wie Dialyse oder Thrombosen-Behandlung. Die AG3-/ AP3-Sensoren von Fujikura werden in professionellen Blutdruckmessgeräten bereits in großen Stückzahlen verbaut. Viele Kunden haben das ganze Potenzial dieser Sensoren voll ausgenutzt, um sie auch in zusätzlichen Applikationen einzusetzen: Sie konnten zeigen, dass mit einer fachgerechten AD-Wandlung bis zu 16 Bit Auflösung des analogen Signals möglich sind. Deshalb wird dieser Sensor heute überall dort verwendet, wo eine hohe Auflösung und/oder eine schnelle Abtastrate gefordert ist – bei günstigen Kosten, kompakten Baumaßen und hoher Zuverlässigkeit. Diese Vorteile verhelfen den AG3-/AP3- Sensoren zu einer starken Position im Markt der leiterplattenbasierten Drucksensoren. Standard mit Grenzen: digitale Signalverarbeitung Die meisten vergleichbaren Produkte auf dem Markt verwenden für die Signalkonditionierung einen ASIC1 eines renommierten Herstellers. In diesem Konzept wird das analoge Signal in ein digitales umgewandelt, bevor es im digitalen Signalprozessor (DSP) weiterverarbeitet wird – ein Prinzip, das unterdessen zu einem Quasi-Standard bei den MEMS-Drucksensoren geworden ist und von Fujikura auch in der AG2/AP2-Sensorfamilie genutzt wird (Bild 1). In der analogen Version dieses Konzepts wird das digitale Signal dann wieder DA-gewandelt und in der digitalen Version direkt über eine SPI- oder I 2 C-Schnittstelle ausgegeben. Dieses Konzept hat absolut seine Berechtigung und ist für viele Anwendungen die richtige Lösung. Die Signalverarbeitung im DSP- Block des ASICs eröffnet mächtige Möglichkeiten, die allerdings wieder durch die Rechenleistung definiert bzw. begrenzt werden. Die ASIC- Hersteller dimensionieren ihre Produkte so, dass sie den größten Teil des Marktes und der Applikationen abdecken können: eine 44 meditronic-journal 1/2019
Sensoren Back to the Roots Bild 2: Voll analoges Konzept ohne digitale Signalverarbeitung im Signalpfad (AG3/AP3-Serie) gute Lösung mit gutem Preis- Leistungs-Verhältnis. Liegen die Kundenanforderungen jedoch über denen dieser Mainstream-Applikationen, stößt das Konzept an seine Grenzen. Entweder erfüllt die Lösung nur einen Teil der Spezifikation – oder sie wird äußerst kostspielig. Diese Lücke kann Fujikura nun mit der AG3/AP3-Serie schließen, die einen völlig anderen Ansatz verfolgt als die Produkte der Mitbewerber im Sensorherstellungsgeschäft (Bild 2). Dies bedeutet rein analoge Signalkonditionierung und Kennlinienkorrektur. Nicht immer ist die Digitalisierung besser. Manche altbewährten Konzepte haben weiterhin ihren Charme und bieten entscheidende Vorteile. Bei der AG3/AP3-Serie heißt das Zauberwort „voll analoge Signalkonditionierung“: Der ASIC von Fujikura verzichtet ganz auf die AD-/DA- Wandlung und somit auf eine digitale Signalverarbeitung. Nicht nur der ganze Signalpfad ist rein analog, sondern auch die Temperatur- und Kennlinienkorrektur. Durch den Einsatz neuester Analogtechnik wird eine herausragende Signalqualität erreicht. Ein Vergleich der Bilder 3 und 4 zeigt den Unterschied deutlich: Im Gegensatz zum digital verarbeiteten Drucksignal (Bild 5) sind am Ausgang keine Stufen zu sehen – die volle Auflösung kann weiterverarbeitet werden. Freiheit und Preisvorteile durch externe AD-Wandlung AG3/AP3-Serie in Kombination mit einer externen AD-Wandlung bietet in vielen Applikationen ent- Bild 3: Digital verarbeitetes Signal mit der im Markt verbreiteten ASIC- Lösung meditronic-journal 1/2019 Bild 4: Rein analog verarbeitetes Signal mit der ASIC-Lösung von Serie AG3/ AP3 45
