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ELETTRONICA OGGI 497 - OTTOBRE 2021 26 ANALOG FIR TECHNOLOGY analisi PCR a un ritmo serrato, la misura della temperatura delle pipette di campione tramite un convenzionalemetodo diretto di termometria sarà impraticabile. Ogni giorno vengono effettuati circa 700.000 test PCR COVID-19 solo nel Regno Unito, una cifra che è quasi il doppio rispetto al picco della pandemia. La velocità con cui questa operazione deve essere di per sé effettuata richiede la preparazione dei nuovi lotti di campioni in un lasso di tempo molto breve. In questo contesto, la misura a contatto diretto non è indicata. Inoltre, è necessario calibrare con precisione i sensori di temperatura, e ciò richiede tempo e personale adeguatamente formato. In più, qualsiasi contatto con le provette dei campioni comporterà il rischio di una successiva contaminazione di altri campioni. I sensori a infrarossi offrono un notevole vantaggio, consentendo la misura della temperatura senza contatto. Eliminando la necessità di toccare le provette dei campioni, le possibilità di contaminazione incrociata sono notevolmente ridotte. Inoltre, con i dispositivi adatti, le dimensioni saranno sufficientemente compatte per poterli inserire in progetti di sistemi con vincoli di spazio. Garantire la stabilità nel tempo La migrazione verso i sensori di temperatura FIR in tipologie di package di dimensioni inferiori che si prestano per l’integrazione in apparecchiature portatili, palmari o indossabili, comporta un’importante sfida ingegneristica. Nello specifico, l’alloggiamento deve essere ancora in grado di gestire gli aspetti termici. Mentre i grandi contenitori metallici utilizzati in apparecchiature più grandi sono caratterizzati da una massa termica maggiore (che contribuisce alla loro stabilità operativa e limita l’accumulo di gradienti termici al loro interno), con la progressiva miniaturizzazione dei dispositivi, essi sono più facilmente soggetti all’interferenza termica esterna. Quest’ultima può provenire da altri componenti vicini al sensore sulla scheda (come i circuiti integrati digitali o discreti di potenza). Occorre quindi trovare il modo per ovviare al problema che questo fenomeno pone. Tramite la modellazione e la caratterizzazionedidiversiscenaripotenziali,accompagnata dall’esecuzione di algoritmi complessi, è possibile compensare adeguatamente le uscite dei sensori di piccole dimensioni. Di conseguenza, la loro capacità di supportare misure accurate della temperatura non viene in alcun modo compromessa dagli effetti dell’interferenza termica. Dispositivi come i sensori MLX90632 di Melexis sono dotati di meccanismi di compensazione attiva di questo tipo, che consentono di raggiungere livelli di prestazioni elevati pur occupando uno spazio minimo. Alloggiati in un package QFN a montaggio superficiale (che misura appena 3 x 3 x 1 mm), questa soluzione di termometria senza contatto compatta ma precisa elimina la necessità di ingombranti dispositivi con sensore FIR in alloggiamento metallico, rendendo così possibili progetti di sistema più ottimizzati (Fig.2).IdispositiviMLX90632sonopre-calibratiprimadella consegnaesupportano livelli di accuratezzaall’avanguardia nel settore, anche nelle condizioni applicative più difficili dal punto di vista termico, offrendo una risoluzione di 0,02 °C per le misure incrementali. Essi coprono un intervallo di temperature compreso fra -20 ˚C e 100 ˚C per la versione per uso medicale e fra -20 ˚C e 200 ˚C per la versione industriale standard. La precisione di misura di ±1 °C della versione standard può essere migliorata selezionando la versione per usomedicale, che è caratterizzata da unmargine di ±0,2 °C nell’intervallo di temperatura del corpo umano. Lafrequenzadiaggiornamentodell’MLX90632èconfigurabile, e può essere impostata a qualsiasi valore compreso tra 16 ms e 2 s, come imposto dai requisiti dell’applicazione. La risorsa di memoria EEPROM integrata di questo sensore salva tutti i dati di calibrazione rilevanti. Un’interfaccia I 2 C contribuisce a facilitare l’integrazione del sistema. La sua compattezza intrinseca offre anchemolte possibilità di sviluppo di sistemi portatili per l’analisi PCR, dimodo da poter svolgere le attività di analisi più vicino al punto di cura (anziché dover inviare i campioni a un laboratorio centralizzato, che ovviamente richiede più tempo). La termometria FIR schiude una moltitudine di possibilità diverse per la nostra società. Tra i molti luoghi diversi in cui questa tecnologia sta diventando applicabile figurano il monitoraggio dei processi industriali, il controllo del bestiame, il monitoraggio della forma fisica e le app per smartphone. La pandemia globale che si è verificata negli ultimi 18 mesi ha chiaramente evidenziato il valore aggiunto di questa tecnologia dal punto di vista sanitario, in ambito sia clinico sia di laboratorio. L’accesso rapido ai dati di temperatura accurati è essenziale per l’analisi biochimica e per scopi diagnostici, e di conseguenza i sensori incorporati nelle apparecchiature devono essere in grado di supportare completamente questo requisito. I progressi effettuati nella progettazione dei sensori e i relativi algoritmi, hanno reso oggi disponibili dispositivi che offrono dimensioni tali da poterli integrare facilmente nelle apparecchiature, pur non rendendoli vulnerabili a fonti di interferenza termica che potrebberoaltrimentiimpattaresullaqualitàdeidatiacquisiti. Fig. 2 – Il sensore di temperatura FIR compatto basato su MEMS MLX90632 di Melexis