Оптоэлектронные решения компании IC-Haus

Компания IC-Haus была основана в 1984 году в немецком городе Боденхайм и на данный момент является довольно динамично развивающимся игроком на рынке полупроводниковых приборов. Она не очень широко известна в России, но, тем не менее, под ее маркой выпускается очень много интересных полупроводниковых и оптоэлектронных устройств, отличающихся смелыми инновационными решениями и традиционным немецким качеством.

В основном продукция IC-Haus — это полупроводниковые и оптоэлектронные приборы для различных сфер электронной техники. Можно выделить следующие направления производства:

• микросхемы управления лазерами;
• интерфейсные ИС;
• сигнальные и специализированные микросхемы;
• магнитоэлектронные приборы, в которых используется эффект Холла;
• гибридные электронные приборы, сочетающие в себе оптические и полупроводниковые компоненты;
• фотодатчики и фотосчитыватели для систем автоматики (рис. 1).

Рис. 1. Сегменты промышленности, на которые ориентированы продукты IC-Haus

Наибольший интерес представляют разработки этой компании в сфере оптоэлектронных компонентов.

Одним из направлений, развиваемых компанией IC-Haus, является выпуск микросхем управления лазерными диодами (рис. 2). Данные микросхемы предназначены для управления лазером в телекоммуникационной технике (оптоволоконные трансиверы), для применения в устройствах считывания штрих-кодов в торговых терминалах, а также для использования в качестве лазера в устройствах чтения компакт-дисков. Типичный представитель таких микросхем — контроллер лазера iC-NZ, позволяющий управлять лазерным диодом с частотой модуляции до 155 МГц и содержащий трехканальный драйвер (рис. 3) и три выходных каскада для питания лазера, которые в сумме обеспечивают максимальный выходной ток до 320 мА при напряжении питания 5 В, схему контроля тока через лазер, систему самодиагностики и защиты лазера от перегрузки и возможного выхода из строя. Дополнительно в контроллер входит регулируемый блок мониторинга характеристик лазера и блок для управления лазером с внешнего устройства, например контроллера, управляющего системой охраны. Помимо iC-NZ есть не менее интересные решения: микросхемы iC-WKM для управления лазерами с длиной волны 470–500 нм (синие лазеры) (рис. 4) и iC-VJ — контроллеры управления лазером для систем охраны и передачи данных «по воздуху» (iC-VJ совместно с лазерным диодом может выполнять роль оптического передатчика). В качестве сопряженного с лазером-излучателем оптического приемника может использоваться специализированная микросхема фотоприемника iC-LQNP, которая содержит на одном кристалле сам фотоприемник, усилитель сигнала, каскады управления, а также систему предотвращения засветки дневным светом (рис. 5). Таким образом, набор микросхем iC-WKM и iC-LQNP вкупе с лазерным диодом представляет собой решение для построения системы обнаружения объектов охранного устройства либо для создания оптической системы передачи данных в тех условиях, где использование радиоинтерфейсов невозможно или нежелательно.

Компания IC-Haus серийно выпускает более десятка оптоэлектронных устройств, отличающихся оригинальными техническими находками. В первую очередь это светодиоды для инфракрасного диапазона, специально разработанные для работы в системах автоматики и контроля доступа: от считывателя штрих-кода до турникетов. Это светодиоды серий iC-SD и iC-TL33 (для поверхностного монтажа и пайки в отверстия соответственно). Особенность этих светодиодов— очень высокая скорость переключения и широкий рабочий температурный диапазон: –40…+125 °С (рис. 6). Компания IC-Haus выпускает фотоприемники iC-VP со встроенным компаратором и триггером Шмидта, обеспечивающим дискретный сигнал на выходе фотоприемника, совместимый по уровню сигнала с КМОП-уровнями. «Изюминкой» этой микросхемы является возможность изменять порог срабатывания путем изменения сопротивления внешнего резистора, что обеспечивает гибкость при применении в датчиках освещенности, счетчиках оборотов и системах автоматики (рис. 7). Применение iC-VP позволит снизить схемотехнические затраты и улучшить помехозащищенность оптических датчиков.

Развитием подобных микросхем стали считывающие линейки. Физически они представляют собой массив считывающих фотоэлементов, размещенных в линию в количестве от 64 до 256 сегментов. В том же корпусе находится управляющий контроллер, который обеспечивает функции усиления и обработки данных с матрицы фотоэлементов. Каждый фотодиод, находящийся в массиве, оснащен собственным усилителем сигнала. Сигнал с него коммутируется специальным быстродействующим мультиплексором, который переключается блоком управления по командам с управляющих выходов. Таким образом, опрос каналов фотолинейки происходит последовательно, с передачей выборок значений напряжения, соответствующего освещенности, на высокоточный операционный усилитель rail-to-rail (рис. 8). IC-Haus выпускает несколько микросхем с различным количеством фотодиодов — как, например, iC-LFL1402, которые упаковываются в корпус нового типа с прозрачной верхней частью (эти корпуса были разработаны компанией Kyocera и назывались optoBGA — рис. 9). Существует разновидность корпуса с другим типом выводов, получившая название optoLGA. Данные типы корпусов разработаны специально для монтажа микросхем считывающих линеек вплотную без зазора для создания готовых модулей оптоэлектронных считывателей изображения. Подобные устройства можно увидеть «живьем», если поднять крышку факсимильного аппарата с протяжным механизмом подачи бумаги. Физическое разрешение матрицы составляет 400 dpi, что позволяет применять ее в такой технике, как считыватели штрих-кодов на кассовых терминалах супермаркетов, системы идентификации и контроля доступа, устройства проверки проездных документов.

IC-Haus выпускает несколько продуктов, ориентированных на применение в промышленной автоматике. Самые простые из нихэто Active Photosensor Arrays («массив активных фотодатчиков»). Так производитель называет семейство микросхем iC-LS, содержащих в одном корпусе набор фотодиодов и сопряженных с ними усилителей сигнала. Усилители имеют коллекторный выход, что позволяет подключать напрямую к iC-LS самые разнообразные схемы. Выпускаются четырех- , восьми- и двенадцатиканальные микросхемы (рис. 10). Подобное устройство может использоваться при создании датчиков перемещения, бесколлекторных прямоприводных двигателей, либо иных устройств, призванных отслеживать положение предмета в определенных координатах.

Технически более сложными устройствами являются оптические энкодеры. Эти приборы представляют собой массив фотодатчиков (при этом каждый из фотодиодов оснащается собственным усилителем), схему, анализирующую сигнал каждого канала, устройство с набором компараторов, которое преобразует сигнал к дискретным уровням, и контроллер, преобразующий дискретный сигнал в цифровую форму для передачи его по цифровому интерфейсу на другое устройство для дальнейшей обработки. Дополнительно в микросхему встроена система управления светодиодом засветки (он подключается к внешнему выводу в непосредственной близости от оптоэнкодера) с монитором состояния, который выдает сигнал ошибки в случае возникновения нештатной ситуации (рис. 11). IC-Haus выпускает несколько разновидностей оптических энкодеров (серии iC-XX), которые отличаются наличием аналоговых выходов (как, например, iC-OF) либо имеют «на борту» драйвер мощного светодиода с выходным током 40 мА (как iC-OV). Микросхемы оптических энкодеров являются базой для создания высоконадежных и «умных» датчиков линейного и углового перемещения, счетчиков оборотов, устройств, измеряющих скорость вращения, датчиков положения шестерни или другого исполнительного механического узла. Нередко оптические энкодеры применяются в тех случаях, когда нужно заменить неустойчиво работающие датчики Холла в электрических приводах в условиях воздействия сильных магнитных полей. Практикуется также использование оптических энкодеров в бесконтактных органах управления: типичный пример — замена механических энкодеров, имеющих, как правило, небольшой ресурс из-за постепенного стирания контактного слоя групп контактов и проблему «дребезга контактов».

Сфера производимых IC-Haus оптоэлектронных компонентов покрывает такие области, как промышленность и автоматика, транспортные средства (особенно автомобили с развитыми системами климат- и круиз-контроля, требующие интеллектуальных средств управления), не менее важно использование оптоэлектроники в средствах телекоммуникаций и системах охраны и безопасности.

Литература

1. http://www.renishaw.com/client/product/Russian/PGP-1113.shtml
2. http://www.ichaus.com/productgroups.php
3. http://www.radioradar.net/hand_book/documentation/microchip_shim.html