JAJSD64C april   2017  – february 2023 PGA460

PRODUCTION DATA  

  1. 1 特長
  2. 2 アプリケーション
  3. 3 概要
  4. 4 改訂履歴
  5. 5 ピン構成および機能
  6. 6 仕様
    1. 6.1  絶対最大定格
    2. 6.2  ESD 定格
    3. 6.3  推奨動作条件
    4. 6.4  熱に関する情報
    5. 6.5  内部電源レギュレータの特性
    6. 6.6  トランスデューサ・ドライバ特性
    7. 6.7  トランスデューサ・レシーバ特性
    8. 6.8  A/D コンバータの特性
    9. 6.9  デジタル信号処理特性
    10. 6.10 温度センサの特性
    11. 6.11 高電圧 I/O 特性
    12. 6.12 デジタル I/O 特性
    13. 6.13 EEPROM の特性
    14. 6.14 タイミング要件
    15. 6.15 スイッチング特性
    16. 6.16 代表的な特性
  7. 7 詳細説明
    1. 7.1 概要
    2. 7.2 機能ブロック図
    3. 7.3 機能説明
      1. 7.3.1  電源ブロック
      2. 7.3.2  バースト生成
        1. 7.3.2.1 センタータップ・トランスの使用
        2. 7.3.2.2 直接駆動
        3. 7.3.2.3 その他の構成
      3. 7.3.3  アナログ・フロントエンド
      4. 7.3.4  デジタル・シグナル・プロセッサ
        1. 7.3.4.1 超音波エコー - バンドパス・フィルタ
        2. 7.3.4.2 超音波エコー – 整流器、ピーク・ホールド、ローパス・フィルタ、データ選択
        3. 7.3.4.3 超音波エコー - 非線形スケーリング
        4. 7.3.4.4 超音波エコー — スレッショルド・データの割り当て
        5. 7.3.4.5 デジタル・ゲイン
      5. 7.3.5  システム診断
        1. 7.3.5.1 デバイス内部診断
      6. 7.3.6  インターフェイスの説明
        1. 7.3.6.1 時間コマンド・インターフェイス
          1. 7.3.6.1.1 実行コマンド
          2. 7.3.6.1.2 構成 / ステータス・コマンド
        2. 7.3.6.2 USART インターフェイス
          1. 7.3.6.2.1 USART 非同期モード
            1. 7.3.6.2.1.1 同期フィールド
            2. 7.3.6.2.1.2 コマンド・フィールド
            3. 7.3.6.2.1.3 データ・フィールド
            4. 7.3.6.2.1.4 チェックサム・フィールド
            5. 7.3.6.2.1.5 PGA460 UART コマンド
            6. 7.3.6.2.1.6 UARTの動作
              1. 7.3.6.2.1.6.1 無応答動作
              2. 7.3.6.2.1.6.2 応答動作 (レジスタ読み取りを除くすべて)
              3. 7.3.6.2.1.6.3 応答動作 (レジスタ読み取り)
            7. 7.3.6.2.1.7 診断フィールド
            8. 7.3.6.2.1.8 USART 同期モード
          2. 7.3.6.2.2 1 線式 UART インターフェイス
          3. 7.3.6.2.3 UART動作による超音波物体検出
        3. 7.3.6.3 イン・システム IO ピン・インターフェイスの選択
      7. 7.3.7  エコー・データ・ダンプ
        1. 7.3.7.1 オンボード・メモリ・データ保存
        2. 7.3.7.2 USART 同期モードによるダイレクト・データ・バースト
      8. 7.3.8  低消費電力モード
        1. 7.3.8.1 時間コマンド・インターフェイス
        2. 7.3.8.2 UART インターフェイス
      9. 7.3.9  トランスデューサの時間および温度デカップリング
        1. 7.3.9.1 時間デカップリング
        2. 7.3.9.2 温度デカップリング
      10. 7.3.10 メモリ CRC 計算
      11. 7.3.11 温度センサと温度データパス
      12. 7.3.12 TEST ピンの機能
    4. 7.4 デバイスの機能モード
    5. 7.5 プログラミング
      1. 7.5.1 UART および USART 通信の例
    6. 7.6 レジスタ・マップ
      1. 7.6.1 EEPROM のプログラミング
      2. 7.6.2 レジスタ・マップ・パーティショニングとデフォルト値
      3. 7.6.3 REGMAP レジスタ
  8. 8 アプリケーションと実装
    1. 8.1 アプリケーション情報
      1. 8.1.1 トランスデューサのタイプ
    2. 8.2 代表的なアプリケーション
      1. 8.2.1 トランス駆動方式
        1. 8.2.1.1 設計要件
        2. 8.2.1.2 詳細な設計手順
          1. 8.2.1.2.1 トランスデューサ駆動電圧
          2. 8.2.1.2.2 トランスデューサ駆動周波数
          3. 8.2.1.2.3 トランスデューサのパルス数
          4. 8.2.1.2.4 トランスの巻線比
          5. 8.2.1.2.5 トランスの飽和電流と電源電圧定格
        3. 8.2.1.3 アプリケーション曲線
      2. 8.2.2 直接駆動 (トランスレス) 方式
        1. 8.2.2.1 設計要件
        2. 8.2.2.2 詳細な設計手順
        3. 8.2.2.3 アプリケーション曲線
    3. 8.3 電源に関する推奨事項
    4. 8.4 レイアウト
      1. 8.4.1 レイアウトのガイドライン
      2. 8.4.2 レイアウト例
  9. 9 デバイスおよびドキュメントのサポート
    1. 9.1 ドキュメントのサポート
      1. 9.1.1 関連資料
    2. 9.2 ドキュメントの更新通知を受け取る方法
    3. 9.3 サポート・リソース
    4. 9.4 商標
    5. 9.5 静電気放電に関する注意事項
    6. 9.6 用語集
  10. 10メカニカル、パッケージ、および注文情報

7.3.5 システム診断

PGA460 デバイスのシステム診断機能は、バースト中のトランスデューサ素子の特性評価と、システム全体のステータスの判定に役立ちます。提供されている情報を使って、システムは、トランスデューサの故障、ドライバ回路の故障 (使用する場合はトランスの故障も)、システムに対する環境的影響 (氷、泥、雪など)、トランスデューサの動作を損なう物体 (たとえばトランスデューサに加えられた圧力) などを検出できます。

PGA460 デバイスには、システムの故障検出に使用できる情報を提供するシステム診断機能が 3 種類実装されています。これらの診断機能を以下に示します。

    電圧診断測定電圧診断機能は、バースト / リスン実行コマンドを実行したときのみ、INP ピンを流れる電流を監視することで得られます。特定のバースト周波数でのトランスデューサ励起電圧により、INPピンに電流が発生し、図 7-8 に示すように、電流コンパレータを使ってリファレンス電流と比較します。励起電流が、FVOLT_DEC レジスタの FVOLT_ERR_TH で設定されたスレッショルド・レベルを超えると、電流コンパレータの出力が HIGH になります。これは、目的の励起電圧レベルで正常なバーストが発生したことを意味します。測定は、バースト段の始動から約 50μs 後に開始され、バースト段の終了時に終了します。この診断測定の結果は、インターフェイスの説明インターフェイスの説明インターフェイスの説明セクションで説明しているように、IO 時間コマンドまたは UART インターフェイスのステータス・フレームで通知されます。
    GUID-D3099167-D2C2-47F7-8429-B9762E8C9584-low.gif図 7-8 電圧診断のブロック図
    式 4. GUID-7A57542B-4DCC-40E8-862B-15BFA7CB3F36-low.gif

    ここで、

    • FVOLT_ERR_TH[2:0] は、000b が 1、111b が 8 に対応しています。
    • f(burst) は、バースト周波数を kHz 単位で表したものです。
    • C(INP) は、INP ピンの入力容量です。
    • R(INP) は、EMI および ESD の堅牢性を確保するために使用するオプションの抵抗です (図 8-1 を参照)。
    注:

    バーストが発生する前には、コンパレータの出力が LOW になっていることが想定されます。出力が HIGH に固着した場合、その状態が検出され、診断失敗フラグが設定されます

    トランスデューサの周波数測定記録期間の減衰段において、トランスデューサ・ノードの周波数測定を実行して、トランスとトランスデューサのマッチングの性能と適切な調整を検証します。

    トランスデューサの周波数を測定するには、スタート・パラメータ FDIAG_START、ウィンドウ長パラメータ FDIAG_LEN を EEPROM メモリに定義します。スタート・パラメータ FDIAG_START は、バースト時間終了を基準として、周波数測定を開始する時間を定義します。診断ウィンドウ長パラメータ FDIAG_LEN は、キャプチャされた信号期間を基準として、診断ウィンドウの時間幅を設定します。パラメータ構成の簡単な例を説明します。

    1. FDIAG_START = 2、FDIAG_LEN = 1 と仮定します。レジスタ・マップレジスタ・マップレジスタ・マップ セクションを参照すると、これらの EEPROM パラメータの開始時間は、バースト終了から 200μs、ウィンドウ長は、3 信号周期となります。動作周波数が 58kHz と仮定すると、信号周期は 17.24μs であるので、バースト終了から 200μs + 3 × 17.24μs = 251.72μs の時点で診断が終了します。
    2. 測定ウィンドウ内でキャプチャされた周波数情報は平均化され、500ns の時間ベースのカウンタ値として表されます。信号周波数は、式 5 を使って計算できます。
      式 5. f = 1 / (FDIAG_VAL × 500e–09)

      ここで、

      • FDIAG_VAL は、いずれかのデバイス・インターフェイスを使って抽出できる値です。
    3. 周波数診断測定が完了する前に、指定された数の物体が検出された場合、周波数測定結果は保存されません。これは、事前に定義した診断パラメータおよび近距離物体検出のスレッショルドを設定することで管理できます。

    PGA460 デバイスには、この他に周波数エラー機能が実装されており、測定されたトランスデューサの周波数が、FDIAG_ERR_TH スレッショルド・パラメータで設定された制限値を超えていることを示します。この機能の結果は、IO 時間コマンドまたは UART インターフェイスのステータス・フレームで通知されます。トランスデューサ周波数エラー通知の詳細については、「インターフェイスの説明インターフェイスの説明インターフェイスの説明」セクションを参照してください。

    減衰時間キャプチャ記録期間の減衰段では、トランスデューサ減衰時間測定を実行して、トランスデューサが正常に動作していることを確認できます。 この診断機能とトランスデューサ周波数測定機能の組み合わせは、超音波トランスデューサに対する外部的な妨害を検出するために、超音波システムで一般的に使用されます。

    減衰期間は、デジタル・データ・パスの出力で測定されます。バースト段が終了すると同時に測定を開始し、エコー・レベルが、SAT_TH パラメータによって EEPROM で定義されている飽和スレッショルド・レベルを超えている間、減衰時間が測定されます。得られた結果は、いずれかの PGA460 インターフェイスを使って抽出でき、その値は 16μs 刻みの時間で表されます。測定された減衰時間が 4ms を超える場合、抽出される値は 0xFF となります。

    ノイズ・レベル測定PGA460 デバイスに実装されているもう 1 つのシステム診断は、ノイズレベル測定診断です。この機能の目的は、付近にある他の超音波システムによって発生する周囲のノイズを評価して外乱を判定すること、および遠距離にある物体を検出するときのノイズ・フロア・レベルを評価することです。

    ノイズレベルの測定中、PGA460 デバイスは、リスン・オンリー (プリセット2) コマンドを実行します (コマンドの詳細については、インターフェイスの説明インターフェイスの説明インターフェイスの説明 セクションを参照)。ここではバーストは実行されず、記録期間だけが開始されて 8.192ms 続きます。この記録期間中、デジタル・データ・パスの出力で収集されたデータは平均化され、それぞれが 4096 サンプルを含んでいる 2 つのグループになります。ノイズ・レベル測定機能を実行して測定される最終的なノイズ・レベルは、この 2 つのグループのうち高い方の平均値になります。この値が、最終的なノイズレベル測定値として通知されます。

    注:

    ノイズレベル測定プロセス中、非線形スケーリング・ブロックは、常に無効になります (スケール・ファクタ EEPROM の SCAL_K ビットが 0、NOISE_LVL ビットが 0 の状態)。

図 7-9 に、物体検出記録サイクル全体の例として、PGA460 デバイスに実装されているシステム診断を示します。図 7-9 の数字 1、2、3 は、それぞれ電圧診断、トランスデューサ周波数、減衰期間の測定値を示しています。

GUID-8FF6C52E-E52E-4764-AA3E-A74ECBE290F5-low.gif図 7-9 システム診断の例