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汽车透射式传感器的演变史

2018-11-09
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在任何 2010 年以后生产的汽车里,人们会发现一系列令人眼花缭乱的电子设备。这种从机械设备到电子设备的变化要求电子元件做出相应演变,否则,将像恐龙一样死去。元件不仅需要耐用,而且在复杂应用条件下必须具备高度准确性。通过观察前几代透射式传感器的变化,我们可以很清楚地看到这个演变过程,这是一场适者生存的战斗。我们邀请您在这篇文章中,与我们一起回顾透射式传感器从简单的通孔封装到先进的牢固表面贴装技术的发展过程。


前三叠纪


前三叠纪时代初期,汽车系统中的开槽断续器,也称透射式传感器,采取通孔封装中装有一对发射体-检波器的形式,通过波峰焊的方法焊接到印刷电路板上。发射体和检波器彼此相对,如果它们之间出现物体,光敏二极管或光敏晶体极管的输出电流会发生变化。这种变化传递到控制器产生相关动作:电机启动或停止,指示灯开或关,或者一袋薯片落到自动售货机的底部。
三叠纪

分立元件的位置很难精确控制。一个元件可能高于另一元件或形成很小的夹角,引线可能弯曲,或者操作期间发生错位。这会造成系统问题,因为检波器输出电流会因电路板的不同产生差异。控制器寻找某一个信号电平,如果没有精确定位,控制器就不能获得这个电平。因此,Vishay    将分立元件模压在一个通用塑料外壳中,以确保精确定位,实现了一次飞跃。这需要多种不同的封装版本,每个版本发射体与检波器之间的间隙不同,带有光敏二极管或光敏晶体管输出,并以不同的引线弯曲形成水平或垂直间隙。  


TCPT 和 TCUT1300X01 时代


汽车客户需要工作温度更高并符合 AEC-Q101 标准的透射式传感器。发射体和检波器的模制原料限制工作温度。在用于 Origami 的技术基础上,Vishay 设计了一种基于引线框的定制传感器,采用不带透镜的发射体和检波器芯片。由于 3.0 mm 间隙并严格控制芯片位置,最大工作温度从 85 °C 增加至 105 °C。按照 Orwellian 一个检波器好,两个检波器更好的理论,Vishay 研制了一种带两个光敏晶体管的透射式传感器。利用两个检波器,转向角传感器不仅能检测编码轮,还能确定方向和速度,这些信息是电子稳定性控制单元 (ESC) 的重要输入。


这种传感器结构优于标准开槽断续器的优点包括:

  • 封装外形尺寸和接触垫公差更严格

  • 光轴公差更严格

  • 加宽并优化间隙提高机械设计灵活性  

  • 提高接触垫与 PCB 固定的共面性

TCPT 和 TCUT1350X01 时代


要求越来越高的汽车客户需要传感器进一步提高工作温度,使它们能在邻近发动机室和温度高达 125 °C 的严酷环境中工作。通过一些富有创意的设计变化,Vishay 生产出满足这种规范要求的开槽断续器。此外,光敏晶体管典型输出电流由 0.6 mA 提高到 1.6 mA。


TCPT 和 TCUT1600X01 时代


想象一下仪表板上控制收音机音量或中控台显示屏菜单的低矮旋钮。这是一个附属件,不旋转或按动不会产生任何作用。然而,最近 Vishay 光电子部在这个旋钮上大做文章,特别是按动功能。过去,设计师可以使用 TCPT1300X01 传感器确定旋钮的位置,但必须设计完全独立的按动电路。现在不必了。透射式传感器进一步发展包括加深通道的 TCPT 和 TCUT1600X01。这种加深通道使设计工程师能够重新设计编码轮包括按动功能。通道仍有 3 mm 宽间隙和两个检波器窗口,但深度从 2.8 mm 增加到 4.5 mm。


TCUT1630X01 时代


虽然圆顶透镜高度增加到4.5 mm足以满足一些应用的要求,但汽车客户需要增加能够根据旋钮按动位置改变动作的能力。为全面满足这种要求,增加了第三个光敏晶体管和第三个窗口。传感器加大了整体尺寸,以支持这种附加功能。虽然是3通道透射式传感器,但仍是增量编码器。


全面演化的 TCUT1800X01


TCUT1800X01 是专门为绝对和增量编码应用设计的 4 通道透射式传感器。这种传感器采用 5.5 mm x 5.85 mm x 7mm 小型表面贴封装,设有两个红外发射器和四个检波器通道。结合专用编码轮或代码条,这种传感器适合广泛应用,如旋转开关、增量转向开关、速度和运动控制系统。四个通道集成在符合汽车认证标准的封装中,还使这种传感器成为需要多个通道或通道冗余更复杂应用的绝佳选择,如汽车方向盘编码。根据应用的不同,传感器可用作绝对编码器或增量编码器。


德国杜伊斯堡-埃森大学汽车研究中心  (CAR)  预计,明年全球汽车销量将增长  2.2%,所有这些车型中将配置大量电子系统;从发动机到安全防护,从舒适便利到导航和仪表。Vishay 光电子将继续引领这一方向,提供元件应对不断发展的汽车工业带来的挑战。

     




  作者简介:Jim Toal  

Jim Toal 现任 Vishay 科技光电子事业部产品营销高级经理。他是美国消费者电子协会视频系统委员会16工作组成员。Toal 先生获得密歇根大学 BSME 和明尼苏达大学 MBA 学位。




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