Casi di studio affrontati dai professionisti TT•Lab

Di seguito sono riportati e brevemente descritti alcuni casi di studio relativi a problemi affrontati dai nostri professionisti:

Sensori

Specifiche di progetto

  • Progettare un sistema per la misura della coppia meccanica di serraggio di un pacco di ceramiche piezoelettriche con precisione superiore a quella possibile alle comuni chiavi dinamometriche.
  • Temperatura di lavoro: (10÷30)°C.
Risultato: il progetto è stato portato a termine con la realizzazione di un amplificatore di carica in grado di misurare la tensione prodotta dalla coppia di serraggio alle estremità del pacco.

Note: l’uso di un circuito di questo tipo ha permesso la misura della coppia con un ordinario voltmetro. Questa soluzione è stata resa possibile grazie alle variazioni relativamente contenute delle caratteristiche delle ceramiche piezoelettriche impiegate.

Specifiche di progetto

  • Progettare un sistema per la misura di una distanza lineare preciso e stabile rispetto alle variazioni di temperatura ambientale.
  • Temperatura di lavoro: (0÷50)°C.
  • Tensione di alimentazione: 5,0V±5%
  • Dimensioni contenute in modo da consentire il montaggio del sistema su un equipaggio mobile la cui corsa massima è di 4cm.

Risultato: il progetto è stato portato a termine con la realizzazione di un circuito che impiega un sensore di campo magnetico con risposta compensata in temperatura da componenti discreti.
Nota: il sensore non necessita di taratura elettrica, ma solo di regolazione della posizione sull’equipaggio.

Specifiche di progetto

  • Progettare un sistema di misura per l’angolo di rotazione di un asse di piccole dimensioni. La misura deve essere precisa e stabile rispetto alle variazioni di temperatura ambientale e all’invecchiamento.
  • Tensione di alimentazione: (1,8÷3,0)V.
  • Temperatura di lavoro: (0÷50)°C.
  • Consumo di potenza il più contenuto possibile durante il funzionamento; il dispositivo deve spegnersi allo stand-by.
  • Non usare l’uso di sistemi standard di codifica della posizione angolare con codice Gray.

Risultato: il progetto è stato portato a termine con la realizzazione di un circuito che usa un fotosensore RGB per identificare le posizioni angolari.

Controlli stroboscopici per luci LED

Specifiche di progetto

  • Si deve progettare un illuminatore a basso costo e basso consumo di potenza per una telecamera.
  • L’illuminatore deve poter emettere flash luminosi a frequenza relativamente alte (fino a 100kHz). L’intensità della luce emessa deve essere regolabile con precisione sia in condizioni statiche che dinamiche.
  • Temperatura di lavoro: (0÷50)°C.
  • Vincolo di riduzione di costi: il sistema deve costare significativamente di meno rispetto a quello usato in una precedente versione.

Risultato: il progetto è terminato con la realizzazione di un circuito che sfrutta in modo non convenzionale la retroazione necessaria alla regolazione di intensità.
Nota: uno degli obiettivi del progetto era precisamente la riduzione di costo, ma tacitamente era richiesto anche un aumento di prestazione. Il circuito sviluppato ha conseguito questo obiettivo.

Specifiche di progetto

  • Progettare un circuito per aggiungere un controllo di tipo stroboscopico a un sistema preesistente che regola l’intensità della luce emessa da più barre LED.
  • Il controllo di intensità statico e il circuito elettrico esterno alla scheda devono rimanere inalterati.
  • Il segnale di controllo in uscita non deve presentare rumori e sovraelongazioni.
  • Il segnale di controllo stroboscopico può raggiungere frequenze di oltre 15kHz.
  • Temperatura di lavoro: (0÷50)°C.
  • Tensione di lavoro: 24V±5%.

Risultato: la soluzione è stata ottenuta con un semplice circuito che utilizza MOSFET di media potenza in un circuito di segnale.

Altri progetti HW

Specifiche di progetto

  • Realizzare un sistema di protezione dall’inversione di polarità per un apparato dove il consumo di potenza è critico per mantenere la temperatura operativa nei valori del range industriale.
  • Temperatura di lavoro: (0÷50)°C.
  • Corrente assorbita: max 2A.
  • Tensione di alimentazione: (12÷30)V.

Risultato: il circuito è stato realizzato con un MOSFET a canale p e pochi altri componenti di polarizzazione e protezione.
Il consumo particolarmente contenuto di potenza è ottenuto sfruttando un dispositivo con bassa resistenza tra drain e source.
Note: il circuito, sviluppato nel 2003 e semplicissimo nella sua struttura, è stato probabilmente “scoperto” più volte negli anni.
La prima pubblicazione su riviste specializzate sembra comunque dovuta a Jim Walker nella “Design Note” dal titolo “FET Supplies Low-Voltage Reverse-Polarity Protection” apparsa sul numero del 31 marzo 2005 di Electronic Design, pagina 56.

Circuito per la protezione dall’inversione di polarità a basso consumo di potenza

Specifiche di progetto

  • Realizzare un traslatore di livello per adattare i livelli di tensione di un segnale di potenza analogico in bassa frequenza alle caratteristiche di un nuovo carico.
  • Il generatore di segnale originale non deve essere cambiato.
  • Temperatura di lavoro: (0÷50)°C.
  • Gamma delle tensioni di ingresso: (6,0÷21,5)V.
  • Gamma delle tensioni di uscita: (0,0÷10,0)V.
  • Corrente massima erogabile in uscita: 50mA alla massima tensione di uscita.
  • Massimo rapporto prestazioni/costo, inteso come massima precisione e linearità del traslatore.

Risultato: il circuito è stato realizzato interamente con componenti passivi. Le richieste di precisione e linearità hanno comportato una analisi fine e il calcolo preciso dei valori dei componenti impiegati, e una ponderata scelta delle loro tolleranze costruttive: in particolare è stata adottata una metodologia di analisi “worst case”.
Il circuito finale è risultato avere un offset di tensione in uscita pari a 200mV massimi e una linearità di 4% sul valore atteso, in tutte le condizioni operative.
Nota: come risultato della struttura totalmente passiva, il circuito funziona secondo le specifiche elettriche di progetto fino a oltre di 80°C temperatura ambiente.

Specifiche di progetto

  • Identificare univocamente e precisamente di un gruppo di tre impulsi con durata ben definita e distanziati da tempi precisi.
  • Temperatura di lavoro: (-20÷+60)°C.
  • Dimensioni fisiche e costi contenuti.

Risultato: il circuito è stato sviluppato con un classico multivibratore realizzato a componenti discreti e ottimizzato per garantire stabilità delle temporizzazioni, e da un contatore resettabile.

Specifiche di progetto

  • Realizzare un preamplificatore per fotodiodo per rilevare segnali luminosi modulati, migliorando la cifra di rumore rispetto ad un circuito standard.
  • Il segnale modulante ha una banda massima di 5MHz centrata sulla frequenza di 30MHz.
  • Temperatura di lavoro: (0÷50)°C.
  • Tensione di alimentazione: ±(5,0V±5%), duale.

Risultato: il circuito è stato realizzato con lo stesso transistore di ingresso impiegato nel circuito standard, ma in configurazione a guadagno più alto.