Capteurs numériques d’indice UV pour l’électronique portable sur soi
Ces puces sont idéales pour les bracelets suiveurs d’activité, les montres connectées et les accessoires de smartphones. Outre l’indice UV, elles détectent la luminosité ambiante et la proximité par détection d’infrarouges (IR), pour des applications médicales et de fitness.
Le besoin en mesure d’indice UV augmente en électronique grand public, les développeurs cherchant à différencier les produits nomades et portables sur soi par des fonctions aidant à éviter une exposition dangereuse aux rayons ultraviolets. Le suivi d’UV est utile aux personnes à risques élevés de brûlures ou redoutant une exposition excessive. Les produits dotés de capteurs d’UV mesurent l’exposition cumulée et avertissent l’utilisateur avant qu’il n’atteigne le seuil dangereux durant son activité d’extérieur. Standardisé par l’Organisation Mondiale de la santé (OMS), l’indice UV est proportionnel à l’intensité du rayonnement solaire et pondéré par le spectre d’action érythémale développé par la Commission Internationale de l’Eclairage (CIE) pour mesurer la réponse de la peau à diverses longueurs d’ondes solaires, dont les UVB et UVA.
Les capteurs d’UV typiques combinent des photodiodes sensibles aux UV et un microcontrôleur externe, un convertisseur analogique/numérique et un firmware de traitement de signal. Toute cette fonctionnalité est ici intégrée dans une monopuce encapsulée dans un boîtier QFN à 10 contacts ultra petit de 2 x 2 mm, ce qui aide à réduire l’empreinte du produit et le coût de nomenclature (BOM).
Cette famille de circuits inclut le capteur d’indice UV et de luminosité ambiante Si1132, doté d’une interface standard I2C pour la lecture des valeurs numériques d’indice UV, ainsi que les capteurs d’UV et de proximité par IR / luminosité ambiante Si1145/46/47, dotés de 1, 2 ou 3 pilotes de LED à 15 niveaux de puissance pour la détection de geste.
Combinés avec un accéléromètre, ces dispositifs permettent aux développeurs d’implémenter l’analyse de sommeil dans des produits portables sur soi. De plus, la possibilité de mesurer à la fois la lumière visible et les IR améliore le contrôle du rétroéclairage des LCD dans les environnements à sources lumineuses mixtes. Il est ainsi possible pour un coût économique de régler le rétroéclairage de manière à réduire la fatigue oculaire et la consommation sans perturber l’utilisateur.
Les pilotes de LED des capteurs Si114x permettent d’implémenter des sondes optiques réfléchissantes pour les mesures de fréquence cardiaque et d’oxymétrie du sang dans les suiveurs d’activité médicaux et de fitness, ainsi que des interfaces sans contact qui peuvent être contrôlées à distance. Respectivement dotés de deux et trois pilotes de LED infrarouges, les Si1146 et Si1147 apportent des capacités avancées de capture de mouvement et de détection de geste. Avec la version à 2 pilotes, la capture de mouvement et le contrôle sans contact sont possibles sur les axes z et x, et avec celle à 3 pilotes, un troisième axe est ajouté pour la détection tridimensionnelle de mouvement. Les mesures par réflexion des deux capteurs peuvent être post-traitées pour définir les gestes.
Ces composants affichent une excellente performance dans une large plage dynamique de sources lumineuses, incluant la lumière directe du soleil. Leur robuste architecture inclut un capteur de luminosité ambiante pouvant mesurer jusqu’à 128 kLux. La réponse des photodiodes et des circuits de conversion numérique associés autorise une excellente immunité au bruit de scintillement de la lumière artificielle et au bruit d’agitation de la lumière naturelle.
L’architecture ultra basse consommation des capteurs d’UV permet de concevoir des produits plus fins dotés de batteries plus petites. La durée de vie de batterie est étendue, avec un courant moyen aussi faible que 1,2 µA requis pour une mesure UV par seconde. La forte sensibilité de la détection d’IR allonge significativement la durée de vie de la batterie dans les applications de capture gestuelle et de détection de mouvement, car une seule LED IR à temps d’allumage de 25,6 µs suffit pour une portée de 50 cm. L’ajustage dynamique du courant des LED contribue aussi à minimiser la consommation.
"L’électronique portable sur soi exige des capteurs hautement intégrés, compacts et de basse consommation, et nous répondons à ce besoin avec les premiers capteurs numériques d’UV monopuces de l’industrie, qui apportent aussi la mesure de lumière ambiante et d’infrarouge aux applications médicales et de fitness innovantes," déclare Mark Thompson, vice-président et directeur général Access, Power and Sensor Products de Silicon Labs. "Silicon labs est le seul fabricants de capteurs d’UV qui offre en plus un large catalogue de MCU et d’émetteurs-récepteurs éco-énergétiques, et une large gamme d’autres capteurs à combiner en solutions système pour le marché en pleine croissance des accessoires et vêtements connectés."
Des outils de développement matériel et logiciel complets sont également proposés pour simplifier le test, la caractérisation, le prototypage et le développement logiciel. De plus, ils sont accompagnés d’exemples de code source d’algorithmes logiciels de mesure de lumière ambiante, de détection de proximité et de capture gestuelle.
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