账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
高度一体化感测器介面类比前端简化感测器调节
 

【作者: Debbie Brandenburg】2016年11月09日 星期三

浏览人次:【8053】
  


感测器广泛应用于消费者和工业市场,从手机和平板电脑到精密检测、距离测量、识别/影像处理和生产过程检测仪表应用。许多此类系统整合多个类比感测器,使设备更智能、更高效、更具生产力。这些感测器可用于侦测压力、温度、作用力、位置、温度、光、流量、声音、速度、热量等。主流家用电器中的感测器数量可能会让你大吃一惊。例如目前洗衣机中配备检测电机电流、洗衣桶转速、水位、水流量、水温、失衡、机门开启/关闭的感测器,一些洗衣机甚至还配备触摸感测器按钮以便进行洗衣周期控制。高效直筒式洗衣机会根据每次洗衣时衣服重量确定水位。感测器和感测器介面技术为当下家用电器中的诸多效率和安全功能提供支持。


类比感测器生产的电讯号通常非常小,同时周围还充满杂讯。许多情况下,没有两个感测器完全相同,每个感测器都有其独特的杂讯特征,为讯号路径带来各自的偏移。校准系统、区分讯号与杂讯和进行放大是影响最终系统性能的关键因素。类比感测器和数位讯号处理之间存在重要的电子介面,该电子介面对电讯号进行调节,确保电讯号处于下游 ​​ADC(类比数位转换器)工作范围内。


目前工业系统利用许多感测器和多种感测器类型,对感测器调节元件提出更高的要求。多感测器系统需要多重级别校准和放大,充分处理感测器讯号并将其传输至下游 ADC。感测器在电子装置和设备中的应用日益广泛,增加了对灵活、低成本感测器介面解决方案的需求。


感测器调节功能可透过多器件分立解决方案实现。许多情况下,分立感测器介面解决方案放弃各感测器输入可变增益或可调节偏移。与一体化解决方案相比,分立解决方案通常功耗更高、占用空间更大并且设计时间更长。许多供应商提供一体化感测器介面类比前端 (AFE)。


大部份解决方案包括可在客户终端系统中复制的处理器,可能包括大多数应用不需要的高级路径和记忆体保护,而后者会增加成本。 Exar 提供的 XR10910 感测器介面 AFE 属于低成本一体化解决方案,在小空间中整合高通道数和功能,与竞争器件相比功耗更低。与分立或竞争 AFE 解决方案相比,XR10910 独特性能支持更高的设计灵活性。


XR10910 – 16:1 感测器介面 AFE

XR10910 感测器介面包括 16:1 差分多路复用器、可编程增益仪表放大器、10 位偏移校正 DAC(数模转换器)和 LDO(低压降调节器)。 XR10910 功能和特性由 I2C 介面控制,其效能和特征可实施当前带嵌入式 ADC 的微控制器 (MCU) 或现场可编程门阵列 (FPGA)。图 1 为 XR10910 框图。



图1 : XR10910 框图
图1 : XR10910 框图

XR10910 是市场上唯一能够连接 16 个差分输出感测器的感测器介面 AFE。每个连接 XR10910 的感测器都有各自的固有偏移,未经校准会降低感测器系统灵敏度和整体效能。板载 DAC 为仪表放大器引入偏移,以便校准感测器产生的偏移电压。可以为 16 个通道中的每个通道设置独立偏移。


可编程增益仪表放大器在 2V/V 到 760V/V 范围内提供 8 个可供选择的增益以便进行放大,使讯号处于下游 ​​ADC 输入范围内。 XR10910 甚至还包括一体化 LDO,方便系统设计师提供调节电压,驱动感测器。


XR10910 在 2.7V 到 5V 电压范围内工作,在 1.8V 到 5V 较宽数字电压范围内输出。该产品通常耗用 457uA 电流,具有睡眠模式,在该模式下消耗电流仅为 45uA。


16 位本底杂讯效能

Exar AFE 提供 14 位元线性讯号路径,具有低峰间杂讯(G = 760 时为 2μVpp)和低输入电压杂讯(G = 760 时为 35nV/√Hz),请参见图 2 和图 3。 XR10910 低杂讯效能与低偏置电流能力(最大 100pA)相结合,使该 AFE 能够连接各种感测器,与 3V 到 5V 16 位 ADC 完美搭配。



图2 : 输入电压杂讯与频率
图2 : 输入电压杂讯与频率

图3 : 0.1Hz 到 10Hz RTI 电压杂讯
图3 : 0.1Hz 到 10Hz RTI 电压杂讯

XR10910 特色

‧ 一体化 MUX、ADC、PGA 及 LDO 简化感测器调节应用


‧ 与一体化程度更高的 AFE 解决方案相比,灵活性更高


‧ 与一体化程度更高的解决方案和分立解决方案相比,功耗更低


‧ 结构简单,易于使用的 I2C 介面


‧ 6mm x 6mm QFN 封装


‧ 高通道数简化版布局,节省空间


适用于 16 个桥式感测器的低功能感测器介面解决方案

许多作用力和压力感测器利用构建为惠斯通电桥电路的电阻元件,这通常称为应变计。电桥中的电阻元件改变电阻响应机械应变。应变计感测器通常用于作用力和压力测量。 XR10910 是介于多个桥式感测器和 ADC/MCU 或 FPGA 之间的易用型感测器调节介面,如图 4 所示。



图4 : 使用 XR10910 的 16:1 桥式感测器介面
图4 : 使用 XR10910 的 16:1 桥式感测器介面

桥式感测器具有差分输出讯号(VO+ 和 VO-)。理想情况下,空载电桥输出为零(VO+ 和 VO- 相等)。但电阻值不准确导致 VO+ 和 VO- 之间存在差异。该电桥偏移电压可能较大并且因感测器不同而存在差异,从而降低系统精度。 XR10910 能够使用板载 DAC 在 16 个桥式感测器上校准电桥偏移。


XR10910 提供易用解决方案,最多可连接 16 个桥式感测器。 XR10910 仅耗用 457μA 电流并且只占用 36mm2 空间,成为体积最小功耗最低的 16 个桥式感测器介面。


结论

XR10910 将成为 Exar 首款易用型感测器介面产品,日后该系列产品将不断扩展。该产品独一无二的特性,填补了功能少分立度高解决方案与带有处理能力的单芯片感测器介面 AFE 之不足。与以上两者相比,XR10910 具有更高的通道数、更低的功能和更小的体积。


感测器和感测器技术将继续整合到越来越多的日常产品中。 XR10910 等感测器调节产品将继续在感测器与日益发展的数字和无线领域互联中发挥重要作用。


(本文作者Debbie Brandenburg任职于Exar Corporation)


相关文章
透过压力及应变管理强化高精度倾斜/角度感测性能
一根探针上千个感测器 准确纪录大脑神经活动
感测器融合技术临门缺了哪一脚?
感测融合开启自驾行车新视野
收集模型测试覆盖程度度量资料的理由
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新品
Arduino Motor Shield
原厂/品牌:RS
供应商:RS
產品類別:
mbed
原厂/品牌:RS
供应商:RS
產品類別:
Arduino
原厂/品牌:RS
供应商:RS
產品類別:
  相关新闻
» 大陆启动能耗双控政策 将再考验台湾PCB产业灵活适应力
» TrendForce:2021年笔电出货可??达2.4亿台
» 工研院携手英商牛津仪器 共同研究化合物半导体
» 友达获选「全球灯塔工厂」 展现第四次工业革命成果
» SEMICON Taiwan 2021 国际半导体展 延期至12月28至30日
  相关产品
» u-blox推出低功耗蓝牙模组ANNA-B4 适用工业及室内定位
» 杜邦Nikal B 电镀化学品系列添新成员 无硼酸电镀镍
» 瑞萨新R-Car SDK重新塑造车用软体的开发流程
» Power Integrations 推出InnoSwitch3-PD 系列开关 IC
» 艾讯推出全新高效4U机架式GPU工作站iHPC300
  相关资源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2021 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw