Mengoptimalkan Ukuran, Daya, dan Biaya dalam Sistem Citra Termal Inframerah

Citra termal mencakup manufaktur industri, keamanan, dan pemantauan lingkungan. Karena panjang gelombang inframerah berbeda dari cahaya visible, desainer harus menyesuaikan hardware untuk performa optimal—yang menghasilkan sistem yang lebih kecil, hemat daya, dan lebih hemat biaya.

Spektrum Inframerah

Mata manusia hanya menangkap bagian visible dari spektrum elektromagnetik. Radiasi inframerah (IR) berada di luar cahaya visible dan adalah kunci untuk mendeteksi tanda panas—suhu objek secara langsung menentukan output IR-nya.

Awalnya digunakan untuk akuisisi target waktu malam, kamera termal kini melayani berbagai tujuan, termasuk:

• Deteksi dini kebakaran dan pemantauan kesehatan tanaman
• Otomatisasi pabrik dan proses Industri 4.0
• Audit energi yang mencari bocoran panas di bangunan
• Pemantauan perbatasan dan liar liar waktu malam
• Pelacakan badai dan hurikan
• Diagnostik medis dari anomali suhu
• Pemeriksaan pesawat, kereta, dan peralatan berat lainnya
• Konservasi liar liar dan pertanian presisi
• Respons bencana dan operasi penyelamatan

Daftar aplikasi yang terus berkembang mendorong investasi R&D yang berkelanjutan, membuat kamera termal semakin kuat dan terjangkau.

Kamera termal typikal terdiri dari perapian, lensa, sensor IR, dan elektronik papan—prosesor citra, FPGA, memori, komunikasi, dan sirkuit tampilan. Lensa mengonsentrasikan energi IR pada sensor, yang mengubah tanda panas menjadi citra visible.

Sensor IR tersedia dari 80 × 60 hingga 1280 × 1024 piksel. Dibandingkan kamera cahaya visible, setiap piksel harus lebih besar (≈ 25 µm versus 1,7 µm di sensor konsumen) untuk menangkap panjang gelombang yang lebih panjang. Akibatnya, kamera termal memiliki resolusi keseluruhan lebih rendah, namun ukuran piksel yang lebih besar memungkinkan pengukuran suhu yang akurat—beberapa model mendeteksi perbedaan sekecil 0,01 °C.

Tantangan Memori

FPGA dalam kamera termal memproses data sensor mentah. RAM internal-nya seringkali tidak cukup, jadi desainer mengandalkan memori off-chip untuk algoritma, buffering tampilan, dan komunikasi. Penyimpanan off-chip juga menyediakan skalabilitas untuk peningkatan densitas di masa depan.

Tradisional, DDR DRAM digunakan untuk tujuan ini. Namun, resolusi yang modest dari citra termal berarti DRAM densitas tinggi tidak diperlukan, menambahkan biaya, pin tambahan, dan konsumsi daya. Volatilitas DRAM memerlukan refresh berkala, yang meningkat lebih lanjut konsumsi—isu untuk perangkat berbasis baterai.

HyperRAM Infineon mengatasi keterbatasan ini. Dibangun pada inti DRAM dengan self-refresh built-in, HyperRAM hanya menarik 25 mA, mengurangi daya secara dramatis sambil memberikan throughput yang sebanding (≈ 400 MB/s). Ia menggunakan antarmuka HyperBus 12-pin, jauh lebih sedikit dari 30+ pin DDR, menyederhanakan routing PCB dan jumlah lapisan.

Tabel: HyperRAM vs SDR DRAM (perangkat 64 Mb). Sumber: Infineon Technologies

Pengontrol Memori HyperBus dapat diimplementasikan sebagai soft IP dalam FPGA, menghilangkan kebutuhan akan pengontrol DDR yang besar. Gambar 1 menunjukkan keunggulan jumlah pin: sistem berbasis DDR memerlukan dua bus totaling 41 pin dan enam lapisan PCB, sedangkan sistem HyperRAM/HyperFlash menggunakan satu bus 13-pin dan hanya dua hingga empat lapisan.

Gambar 1: Perbandingan jumlah pin antara DDR-SDRAM/NOR Flash dan HyperRAM/HyperFlash. Sumber: Infineon Technologies

NOR Flash eksternal juga umum untuk penyimpanan konfigurasi non-volatil. HyperFlash—NOR Flash dengan antarmuka HyperBus—dapat berbagi bus 13-pin yang sama dengan HyperRAM, mengurangi jumlah pin dari 41+ ke hanya 13. HyperFlash dan HyperRAM tersedia dalam densitas 64–512 Mb, dengan antarmuka HyperBus dan Octal xSPI yang mematuhi JEDEC.

Dengan memilih memori yang cocok dengan persyaratan citra termal, OEM dapat menyederhanakan desain PCB, menurunkan biaya, memotong konsumsi daya, dan memperpanjang umur baterai.

Konten Terkait:

• Sensor dan prosesor berkonsentrasi untuk aplikasi industri
• Bagaimana teknologi Flash serial berevolusi untuk memenuhi persyaratan baru desain Industri 4.0
• Mengapa teknologi sensir FIR penting untuk mencapai kendaraan otonom sepenuhnya
• Sistem sensor dalam IoT industri
• Sensor citra ams baru untuk visi industri throughput tinggi

Untuk lebih banyak konten Embedded, berlangganan newsletter harian mingguan Embedded.