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传感器系统设计的“模板”

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FPGA”这种芯片有太多的弊端,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,它不符合设计人员的要求。
    美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LMP91000和用于气体传感器的LMP90100。
    2.1 LMP90100
    LMP90100提供了一个高度集成的8通道输入多路复用器的组合,电路板是一个带有可调增益系数和24位Σ-Δ ADC的高精度放大器。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1 LMP90100内部结构
    可以开启或关闭的其他功能包括:传感器可监控检查传感器的短路或断开(开路故障),或偏移校准和放大。这些功能完全是在后台执行的,不会对输出数据流产生任何影响。此外,在外部时钟出现故障的情况下,可以利用时钟管理电路自动切换到使用内部时钟供电。
    由于复用器提供了7个单端输入或4个差分输入,该器件允许连接更多的传感器,这可能要基于不同的技术实现。这方面一个很好的例子是,将一个热电组件与位于该热电组件下方的模拟温度传感器连接组合在一起,其中的温度传感器用于冷结点补偿。用两个热电组件加两个模拟传感器,或者加两个三线测量电阻或三个热敏电阻,也可以直接连接到这个多功能组件。这样传感器管理功能能够根据需要不断检查传感器。同时,管理电路采用了目前没有使用的测量方式,即始终监控单一传感器,以避免测量数据流的任何干扰。
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