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传感器系统设计

传感器系统设计

截至目前为止,基于传﹢感器÷的?应用设计要?求?为每一个系统?量身定制优化的?模拟解决?方案。这类设计?工作少◎则数天,?多则几个星期,往往涉及很∝多环节,包括选≥择相关组件⊥并建立原型,以便随后创建布局,然后?o为首批即将?投产的印?刷电路板(℃PCB)进行测∧试。为∫了避免一次又一次从头开始每一个新的任务,+包含硬件和软件组件的解决方案被开发出来,?其不仅简化了设计工程师的工作,而且还可以在设计过程※中节省时间。借?助∪全新系列高精度传感器模拟前端?(Sensor AFE),设计工程师可以在短短几小时?内?为每?个新的?传?感器创建完美的解?决方案。

本文引?用地址:?htt??p://www.eepw㈱.c?om?.cn/°artic?le?/?159㎏927.ht?m

>1 传感器模拟前端

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单个传感器模拟前端(AFE)不同于集所有功﹤能与一身的?“模拟FPGA”。“模拟F≈P?GA&rdq?uo;这种芯片有2太多的≦弊端,因为需要?大规模的封?装⊙,芯℅片将会非%常?之大?,这⊕导致了昂贵的价格及大量=的电能‰消耗。所以㏕,它不符合设计人员ml的♂要求。

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美3国国家半导体公司开辟了新的途径,为特∞定测?量任务开发了?量¤身定制?的独μ特集成电路,如测量/∽检测温度、∮气体、压力?、pH?值、几种医疗计∏数、重量等。每一个与众不同的集成电路都包含﹥了针对具体测量任务的确切合适的功能,♀而没有任何不∵必要的?电子元件(ballaST)£。在其测量的类别(如温度)中,可以﹣非常容易地?用一个?特定的器件匹配不同?的传感器。

2 前两款传感器AFE器件

就在几个月前,有两款传感器AFE∑系列的器件推出:分别为用?于温﹣度传感器及低速桥′型配置测量的?LMP?91000和用于气体传感器的?LMP90100。

?2.1? LMP901±·00

L?MP90100提供了一个高度集成的8通道输入多路复用器的组合,是一个带有可调增益系数√?和24位Σ-&≡Delta; ADC的高精度放大器。1器件×包括电≠流≧源、电压基准和其他功能。图1显示了该集成电路的内部结构:‖用户可£以根据传感器和×测量任〒务匹?配图中的所有彩色块。

图m1 L ?MP9010?0?内部结构

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设计工程师能够*以二进制格式,在1~128之间调整随后的≌放大器级增益。当增益高于16时,紧m接$第一个放大器级之后的缓冲器可改善总的测?量效果。?但是㎎,这?个缓冲器会消耗额?外㎜的功率。设计人员需要?根据具体应用来衡量是否需要消耗额外的功率来改善测量结??果。

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24位&Delt¬a;-&Sigma?; A/D转换器的采样率是为温度测量而优化的,在1.68和?214*.65样本/s之间。每?当采样?率低于13.?42时,芯片可保㏒证无论是在50Hz或/60Hz<都不?会出现失真。设计工程师可以单独?调整每个≯通道的采样率。所提供的具体??值对单端操作均有效。如果使用差?分?通﹢道,设计≮人员要注意采样?率是通过差分通道划分的。利№用两个差分通道,最大采∷样率会因此达到21??4.65/2∨=107.33。用∟4个差分通道的采℡样率将㎞因此达到53.≒6625转㏄换次?/s。

§2.2 LM⊿P91000

?LMP?91000是一℉个电流消耗非-常低的?纯模拟解决?方案,这使其特别∠适合便携式应用。LMP∷91000的平均功耗小?于10&%mu;A,但是,当与传感器系统设计新的∴传感器连接3㎡?时,它能够驱动高达10mA的电流。LMP910mol00?可以将传感器与¢作为原电池工作的两?个电极连接在一起,或者根据安培原则运?作将传∥感∩器与三个?电极连接在一?起。当连?接一个三电极传?感器时,LMP91000可作为?一个恒电位器使?用,当连接原?电池(对地或对参考电压)时,它也可作为一个缓冲器。适合这些传¥感器?的典型气体示例列于表1。

像采矿?、工业环境、?消防部门、?食品和医⌒疗行业、?石油和天然气勘探/提取,以及水和?废水处理=,许多领域都?可以∈找≤到∣这些应用。

图?2㏑显示了LMP91″00㎝0作为¥一个恒电位器的作用。

图2 LMP91000作为恒?电位器使用

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