I sensori di temperatura digitali con memoria EEPROM integrata possono “mantenere fresco” il sistema

Oggigiorno è fondamentale aumentare il valore operativo dei prodotti proteggendo al contempo il proprio investimento. Qui di seguito, spiegheremo il valore significativo e l'importanza dell'uso della memoria EEPROM contenuta nell'uscita digitale dei sensori locali di temperatura (protocollo I2C) e forniremo esempi di come e perché si imposta una semplice sequenza di scrittura sulla EEPROM per soluzioni di progettazione, oltre ad alcune altre cose che vedremo strada facendo.

Cosa sono i sensori di temperatura digitali

I sensori di temperatura digitali I2C sono circuiti integrati (IC) basati su silicio che hanno venduto miliardi di pezzi dalla loro introduzione sul mercato, oltre 20 anni fa. Di conseguenza, i sensori di temperatura digitali I2C sono stati una diffusa soluzione di monitoraggio termico in apparati e sistemi elettronici praticamente infiniti. Hanno aiutato i progettisti di sistemi a misurare e controllare in tempo reale le temperature dei loro prodotti e a reagire efficacemente alle violazioni dei limiti inferiori e superiori della stessa.

Da un punto di vista elevato, i sensori di temperatura digitali I2C sono una soluzione completa di monitoraggio della temperatura, che misura la propria temperatura interna e quindi la converte in un valore digitale che può essere facilmente letto tramite protocollo di comunicazione standard I2C. Questi sensori producono dati di temperatura digitalizzati, eliminando la necessità di componenti esterni come convertitori analogico-digitali o componenti di post-elaborazione dei dati. Potrebbe essere interessante sapere che un sensore di temperatura digitale è calibrato in fabbrica dal produttore per soddisfare requisiti di precisione della temperatura ben definiti, entro un determinato intervallo di temperatura.

Oggi non è raro vedere vari fornitori offrire una precisione massima di ± 1°C (o superiore) su un ampio intervallo di temperature, per esempio da -40°C a +125°C. Tuttavia, ciò che è raro vedere è della memoria EEPROM integrata e progettata nel sensore di temperatura, in modo che gli utenti possano memorizzare dati specifici dell'applicazione, determinanti per migliorare la robustezza dei loro prodotti finali. La memoria EEPROM è un array di memoria non volatile, di varie dimensioni, dedicato all'archiviazione dei dati dell'utente. EEPROM è l'acronimo di Electrical Erasable Programmable Read-Only Memory e una delle sue caratteristiche principali è che può essere scritta oltre un milione di volte per ogni posizione di byte di memoria, rendendola perfettamente adatta a transazioni di scambio dati ad alta frequenza, e praticamente per qualsiasi prodotto o applicazione.

Perché è importante utilizzare memoria EEPROM integrata?

Tre le ragioni principali. La prima è che l'uso della memoria integrata offre la possibilità di registrare localmente dati critici, direttamente dal sensore di temperatura. Un esempio di dati critici è la registrazione degli estremi di temperatura del prodotto finale che potrebbero portare ad arresti o guasti del sistema, temperature record, data/ora, conteggio errori, durata del periodo di funzionamento e molte altre condizioni che vorremmo evitare. Immaginiamo l'impatto sui futuri miglioramenti del prodotto se si potessero esaminare e studiare i dati di ritorno per guasti dei prodotti dei clienti semplicemente leggendo la memoria integrata all'interno del sensore di temperatura per apprendere cose come quante volte il prodotto ha raggiunto una temperatura critica, e in che data e ora. Questi dati da soli potrebbero dirci se il cliente ha utilizzato il prodotto in un ambiente con temperature costantemente rigide, e forse annullando la garanzia, o soltanto una qualsiasi richiesta in garanzia a causa del suo uso improprio.

La memoria integrata potrebbe essere visualizzata quasi come nel caso dei registratori di dati delle "scatole nere" oggi in uso su aerei e auto. I dati memorizzati potrebbero essere utili a migliorare lo sviluppo di prodotti futuri e/o a condurre a miglioramenti del prodotto stesso correlando le violazioni della temperatura memorizzate ad una selezione forse errata di componenti in cui le prestazioni sono degradanti nel tempo. Il prodotto è stato overcloccato o usato impropriamente? Consideriamo l'impatto sul processo di analisi del prodotto quando il cliente restituisce un prodotto per una valutazione guasti. Da un lato, i dati memorizzati potrebbero aiutare a determinare la causa principale della modalità di errore del prodotto e, dall'altro, questi potrebbero invalidare il suo ritorno in garanzia in quanto i dati memorizzati rivelerebbero un suo eventuale uso non corretto da parte del cliente riducendo così l'esposizione di responsabilità verso il prodotto. L'archiviazione integrata della memoria riduce al minimo la possibilità di manomissione dei dati, e i dati memorizzati aiutano a determinare se le richieste di garanzia siano giustificate o meno.

La seconda ragione è che la memoria integrata consente di monitorare il modo in cui i clienti finali utilizzano le funzionalità e caratteristiche del prodotto per determinare in definitiva se i clienti effettivamente utilizzano o meno quelle funzionalità. Forse avete nuove funzionalità o nuove funzioni specifiche di cui vorreste verificare l'effettivo utilizzo da parte dei clienti. Come potrebbe essere fatto o implementato in una semplice sequenza di scrittura? Potrebbe essere implementato, ad esempio, semplicemente dedicando due posizioni di byte della EEPROM per memorizzare due diversi valori associati e sapendo in anticipo che queste due posizioni memorizzano la caratteristica o la funzione specifica di quel prodotto.

La prima posizione di byte potrebbe memorizzare il valore incrementato per ogni volta che la funzione sia stata utilizzata. La posizione del secondo byte potrebbe essere utilizzata come data e ora per conoscere l'ultima volta che è stata utilizzata una funzione o caratteristica. Quanto sarebbe prezioso avere dati in tempo reale dai clienti per sapere se e quando abbiano effettivamente usato quello che pensavi fosse una funzione di alto valore per scoprire invece che la funzione era usata raramente, se non addirittura del tutto inutilizzata. Questi risultati sarebbero esponenzialmente più preziosi di un sondaggio o di un focus group del cliente! La terza ragione per utilizzare la memoria integrata è la memorizzazione dei dati critici per le impostazioni di fabbrica, di configurazione del sistema, e dei dati parametrici. La memoria integrata potrebbe essere utilizzata per archiviare informazioni critiche sui test di fabbrica su come il prodotto è stato testato per alcune revisioni del programma di test. L'impostazione dei test e l'ubicazione dell'apparecchiatura, insieme ai relativi dati parametrici, sarebbero di aiuto con i resi dei prodotti dai clienti, fornendo informazioni imparziali su come il prodotto sia stato testato in fabbrica. Inoltre, è possibile utilizzare la memoria integrata per archiviare i dati di configurazione di sistema critici che consentono al processo di accensione e inizializzazione di configurare il sistema o il prodotto. Gli aggiornamenti futuri del prodotto potrebbero essere fatti semplicemente riprogrammando i dati di configurazione precedenti, con una semplice operazione di programmazione.

La soluzione proposta da Microchip

Un sensore I2C di temperatura con EEPROM integrata, come l'AT30TSE758A di Microchip, consente ai produttori di sfruttare i tre principali vantaggi descritti in precedenza. Dispositivi per il preciso monitoraggio della temperatura, come quello mostrato in Figura 1, combinano un sensore di temperatura digitale ad alta precisione, allarmi programmabili per alta e bassa temperatura, registri integrati non volatili, ed EEPROM da 8 Kbit in un unico e compatto package. Queste caratteristiche lo rendono ideale per una vasta gamma di applicazioni che richiedono la misurazione di temperature locali come parte integrante della funzione e/o affidabilità del sistema. La Figura 1 mostra un diagramma di architettura di base per questi prodotti.

Schema a blocchi basico di un sensore di temperatura con EEPROM integrata, come l'AT30TSE758A di Microchip

Il sensore di temperatura mostrato sopra può misurare temperature nell'intero intervallo di temperature compreso tra -55°C e +125°C ed ha una precisione tipica di ± 0,5°C tra 0°C e +85°C. I risultati digitalizzati delle misurazioni delle temperature sono memorizzati in uno dei registri interni, leggibile in qualsiasi momento attraverso l'interfaccia seriale I2C del dispositivo. Un altro modo per massimizzare la gestione termica del sistema consiste nell'utilizzare un sensore di temperatura con registri non volatili. Consentiranno ai dispositivi di memorizzare e conservare le impostazioni di configurazione e limiti di temperatura anche dopo che il dispositivo sia stato resettato. Questa funzionalità elimina la necessità di riconfigurare il dispositivo dopo ogni operazione di accensione, consentendo in tal modo al dispositivo di funzionare autonomamente, non affidandosi ad un controller host per la configurazione del dispositivo che ottimizzi la sequenza di inizializzazione all'accensione.

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