TCS230 Programlanabilir Işık-Frekans Çevirici Entegre

 TCS 230 entegresi mikrodenetleyiciler ile uyumlu bir şekilde çalışabilen, programlanabilir bir renk sensörüdür. En çok medikal alanda kullanılıyor.  Bu sensör, ışık saçılmalarına göre farklı frekanslarda output vermekte.  Entegrenin datasheet’i için şuraya tıklayın;  tcs230

  Datasheet’inde  ürünün özellikleri şöyle sıralanmış;

•  Işık yoğunluğunun dönüşümünü ve ayrışmasını frekans bilgisine çevirme
• Programlanabilir renk seçimi ve tam ölçek frekans değişimi
• Direk olarak mikrodenetleyicilerle iletişim kurabilme
• Tekli işlemlerde kaynak voltajı 2.7 ile 5.5 volt arasında
• Power down özelliği barındırma
• 50kHz de lineer olmayan tipik hata payı %0.2
• Stable çalışabilme sıcaklık kat sayısı 200 ppm/C

    [stextbox id=”info”]

     Işık yoğunluğunu frekansa çevirmeye yarayan programlanabilir entegre olan Tcs230, içerisinde  silikon fotodiyotlar ve akım-frekans çevirici tümleşik devreler barındıran bir CMOS( bir entegre üretim teknolojisi) tümleşik entegredir. Entegrenin output’u %50 görev çevrimli, frekansı direk olarak ışık yoğunluğu ile ilişkili olan  kare dalgalardır. Tam ölçekli bu output frekansının ölçeği(görev çevrimi), konfigrasyon ayarı için giriş verilmiş iki input yardımı ile 3 değerden birisi olarak  değiştirilebilir. Dijital input ve outputlar direk olarak mikrodenetleyiciler ve diğer logic devreler ile bağlantı kurmaya olanak tanır.  Output Enable (OE) pini, mikrodenetleyicilerin input hatlarının çoklu birim paylaşımları için TCS230 entegresinin outputunu yüksek empedanslı duruma getirir. 

   Işık-frekans çevirici devre, 8×8 dizi fotodiyotu okur. 16 fotodiyot mavi, 16 fotodiyot yeşil, 16 fotodiyot kırmızı renk filtresine sahip olup 16 sı ise filtresizdir.  Bu renklere sahip filtreler, düzgün olmayan dış çevrenin meydana getirdiği hatalı parlaklıkları minimize etmek için  birbirleri ile ilişkilendirilmiştir. Tüm aynı renk filtreye sahip foto diyotlar birbirlerine paralel bağlanmıştır.  Bu fotodiyotlar 120 um x 120 um  büyüklüğündedir.  

[/stextbox]

   Bu diagramdan da görüldüğü üzere aslında entegre yapısı kaba taslak olarak bir fotodiyot modülü ve bir de akım-frekans çevirici modül olmak üzere iki modülden oluşuyor.  Işık fotodiyotlara çarptığında, filtrelere sahip fotodiyotlar ışık yoğunluğuna göre fotodiyotu uyarıp akımı ışık şiddetine kıyasla arttırmaktadırlar.  Bu akım miktarları akım-frekans çevirici devre yardımı ile frekans bilgisine aktarılıp output sağlanmaktadır. Yine görüldüğü gibi s2 ve s3 bacakları fotodiyotlara bağlantılı olup renk seçiminde konfigrasyon ayarı için, s0,s1 bacakları akım-frekans çevirici devre ile bağlantılı olup output’un görev çevrim süresinin seçiminde konfigrasyon ayarı olarak kullanılır. Output enable (OE) pini ise direk output ile ilişkili olup outputu yüksek empedanslı konuma getirmek için kullanılır. 

   Konfigrasyon ayarları olarak tabloda gördüğünüz gibi  s0 ve s1 bacakları frekans ölçeği için s2 ve s3 bacakları ise fotodiyotların renk seçimleri için kullanılmaktadır.  Entegrenin işlemsel karakteristikleri ile ilgili bilgileri datasheetine bakarak öğrenebilirsiniz. 

 Bu tabloda ise foto diyotların ışık dalga boylarına göre duyarlılığı verilmiş. 

Kaynak Voltajı Değerlendirmesi:

   Kaynak voltajı hatları arasına 0.01uf-0.1uf değerliği aralığındaki herhangi bir kapasitör bağlanmalıdır.

Input Arayüzü:

   Gürültü engellemek için OE pini ve GND pini arasında bir düşük empedans elektrik bağlantısı gereklidir.

Output Arayüzü:

   Entegrenin outputu, standart TTL ya da CMOS logic inputları kısa mesefalere sürmek için dizayn edilir. Eğer hatlar 12 inc den büyük ise, bir buffer ya da line driver kullanılması tavsiye edilir.

Fotodiyotların Renk Seçimleri:

 Foto diyot tipleri tablo 1 de gösterildiği gibi S2 ve S3 pinerinin logic durumları(low ya da high) kontrol edilerek seçilir. 

 Output Frekans Ölçekleri:

   Output frekans ölçeği S0 ve S1 pinlerinin logic durumları ile kontrol edilebilir. Entegrenin içerisindeki dahili ışık-frekans çevirici, sabit genişlikteki “pulse(dalga tepesi)” zincirleri üretir.  Ölçekleme işlemi, bu çeviricinin  seri frekans bölücülerine bağlanması ile gerçekleştirilir. Output %50 görev çevrimindeki kare dalgalardır. Fakat bu kare dalganın frekansı  %2, %20, %100 olarak bölünebilir.  Bu output frekansı bölme işlemi,  temel frekansın “pulse(dalga tepesi)” sayılarak gerçekleştirilir. Bölünmüş frekansın son periyotu,  bölünme işlemine tabi tutulan temel sinyalinin çoklu periyotlarının ortalaması alınarak hesaplanır.

  Frekans ölçekleme fonksiyonu farklı ölçüm teknikleri için kullanılan farklı output uzunluklarının oluşturulmasına olanak tanır. Mesela düşük maliyetli mikrodenetleyicilerde daha yavaş frekans sayıcılar mevcuttur. Bunlarla yapılan uygulamalarda ölçekleme kullanılmayabilir. (Yani S0 ve S1 pinlerinin ikisi de low konumuna getirilip Scaled-down modu kullanılabilir)

Frekans Ölçümü:

 Arayüz ve ölçüm tekniği seçimleri istenen hassasiyete ve  veri kazanç oranlarına bağlıdır. 

  Maksimum veri kazancı için periyot-ölçüm tekniği kullanılır.  Bunun için tam ölçek ile verilen  outputun, her mikrosaniyedeki veri noktası okutulur. Bu ölçüm tekniği için hızlı referans clock sinyali gerekir. Hassas ölçümler için ölçekleme özelliği kullanılabilir. Periyot ölçüm tekniği, ışık seviyelerinin hızlı değişimlerini ölçmemiz için daha elverişlidir. 

  Maksimum hassasiyet ile ölçüm ise frekans ölçümü, pals toplama ya da entegrasyon teknikleri ile elde edilebilir.  Frekans ölçüm tekniği ek olarak, ışık sinyalinin içerisindeki gürültü sinyallerinden oluşan yüksek frekans titreşimlerini daha azaltıcı rol oynar.  Bu teknik daha çok ışık seviye değişimlerinin yavaş olduğu uygulamalar için uygundur.