センサ機器の構造を大別すると、下記2つの構造に分類することができます。センサ機器の開発おいて、どちらの構造を採用するかは、度々課題になることがあります。
- 分離構造：センサとシグナルコンディショナは別々の筐体内にあり、互いにワイヤハーネスで繋いだ構造
- 一体構造：センサとシグナルコンディショナを同一の筐体内に一体化した構造
近年では、小型センサの需要が高まっており、一体型造を採用するケースが増えてきているようです。ロードセルの分野においても、ロードセルとシグナルコンディショナを一体化させた「デジタルロードセル」と呼ばれるデジタル出力タイプのロードセルが普及し始めています。
一体構造のメリットは、センサ直近で信号処理を行うことにより、測定精度や耐ノイズ性能が改善することです。一方で、一体構造には、限られたスペース内に、アナログ部品やADC、MCUなど必要な機能を実装するのが難しいという課題があります。実装スペースが足りない場合は、アンプなどのアナログ部品だけセンサと一体化させて、ADCやMCUは別筐体に実装する場合も有ります。
このような実装スペースの課題に対して、RX23E-Aはベストな選択肢になるかもしれません。RX23E-Aは、PGA内蔵の高精度24ビットΔΣADCとMCUを小型パッケージにワンチップ化しており、実装スペースの課題を解決します。
ルネサスでは、センサとシグナルコンディショナを一体化した一例として、デジタルロードセル向け小型基板のリファレンスデザインを提供しています。
22mm×16mmサイズの小型基板に、RX23E-AとRS-485/RS-422トランシーバ ISL3152を搭載しています。RX23E-Aは、A/D変換、デジタルフィルタ処理、キャリブレーション、物理量変換(Voltage to Weight)を行います。ISL3152Eは、変換した重量値をデジタル通信で上位機器に送ります。
本リファレンスデザインの作成にあたり、本小型基板をロードセルに組み込み、重量測定誤差を評価しました。重量測定の非直線性誤差は±0.01%max.span以内に収まっていることを確認しました。この結果は、概ねロードセルの性能をいかんなく発揮できていると考えられます。
ご紹介したソリューションは『RX23E-A QFN40W/Tデジタルロードセル小型基板 アプリケー ションノート』(ドキュメント番号：R12AN0114JJ0100)としてウェブサイトに掲載中です。また、専用webページにてご紹介しています。ぜひご一読下さい。