快捷的传感器系统设计方案
  时间:2019-03-05 18:11:55 来源: 杏耀娱乐平台 作者:匿名


到目前为止,基于传感器的应用设计需要为每个系统量身定制优化的模拟解决方案。这种设计工作范围可以从几天到几周,通常涉及许多环节,包括选择相关组件和构建原型以创建布局,然后测试将投入生产的第一块印刷电路板(PCB)。为了避免必须一次又一次地从头开始每个新任务,已经开发了包括硬件和软件组件的解决方案,不仅简化了设计工程师的工作,而且还节省了设计过程的时间。借助全新的高精度传感器模拟前端(传感器AFE),设计工程师可以在几个小时内为每个新传感器创建完美的解决方案。

传感器模拟前端

单传感器模拟前端(AFE)不同于结合所有功能的“模拟FPGA”。 “模拟FPGA”芯片有太多缺点,因为它需要大规模的封装,芯片将非常大,这导致昂贵的价格和大量的功耗。因此,它不符合设计师的要求。

美国国家半导体开辟了新的途径,为特定的测量任务开发量身定制的独特集成电路,例如测量/检测温度,气体,压力,pH值,几种医疗数量,重量等。每个独特的集成电路都包含适用于特定测量任务的精确功能,无需任何不必要的镇流器。在其测量类别(例如温度)中,很容易将不同的传感器与特定设备匹配(这将在本文后面详细说明)。

前两个传感器AFE设备

就在几个月前,推出了AFE系列的两个传感器:用于温度传感器和低速桥配置测量的LMP91000以及用于气体传感器的LMP90100。

LMP90100

LMP90100提供高度集成的8通道输入多路复用器组合,是一款具有可调增益系数和24位Σ-ΔADC的精密放大器。该器件包括电流源,电压基准和其他功能。图1显示了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

可以打开或关闭的其他功能包括:传感器可以监控传感器的短路或开路(开路故障),或偏移校准和放大。这些功能完全在后台执行,对输出数据流没有任何影响。此外,如果发生外部时钟故障,时钟管理电路可用于自动切换到使用内部时钟。

由于多路复用器提供七个单端输入或四个差分输入,因此该设备允许连接更多传感器,这可能基于不同的技术。一个很好的例子是热电模块与位于热电模块下方的模拟温度传感器的组合,其中温度传感器用于冷端补偿。两个热电元件加上两个模拟传感器,或两个三线测量电阻器或三个热敏电阻,也可以直接连接到这个多功能组件。该传感器管理功能可根据需要持续检查传感器。同时,管理电路使用当前未使用的测量方法,即,始终监视单个传感器以避免测量数据流中的任何干扰。

两个匹配的电流源可以通过1 mA最大电流的步进电流进行调节,允许使用电阻传感器。

设计工程师可以将二进制格式的后续放大器级增益从1调整到128。当增益高于16时,紧接在第一个放大器级之后的缓冲器改善了整体测量。但是,此缓冲区会消耗额外的电量。设计人员需要测量是否需要额外的功率来改善测量结果,具体取决于应用。

24位Δ-ΣA/D转换器的采样率针对1.68和214.65采样/s之间的温度测量进行了优化。只要采样率低于13.42,芯片就可以保证在50Hz或60Hz时不会失真。设计工程师可以单独调整每个通道的采样率。提供的具体值对单端操作有效。如果使用差分通道,设计人员应注意采样率除以差分通道。通过两个差分通道,最大采样率将达到214.65/2=107.33。因此,具有4个差分通道的采样率将达到53.6625转换/秒。LMP91000

LMP91000是纯模拟解决方案,具有极低的电流消耗,是便携式应用的理想选择。 LMP91000的平均功耗低于10μA,但连接到新传感器时可以驱动高达10mA的电流。 LMP91000可以将传感器连接到两个作为原电池的电极,或者根据安培的原理将传感器连接到三个电极。当连接到三电极传感器时,LMP91000可用作恒电位仪。它还可以在连接主电池(接地或参考电压)时充当缓冲器。表1列出了适用于这些传感器的典型气体实例。

这些应用可以在许多领域找到,如采矿,工业环境,消防,食品和医疗行业,石油和天然气勘探/开采,以及水和废水处理。

图2显示了LMP91000作为恒电位仪的作用。

图2 LMP91000用作恒电位仪

传感器配有三个电极:工作电极,参比电极和反电极。如果气体接触工作电极,它将氧化或还原电极。该氧化过程建立正/负电流,并且电流的绝对值随气体浓度线性变化。随着时间的推移,随着气体浓度的增加,电极将被破坏。因此,定期更换传感器是强制性要求。每次更换传感器时,将更改当前值,这将导致测量错误。为了确定传感器寿命周期的当前状态,可以利用“传感器测试”的可能性。为此,传感器接收脉冲以产生特征输出信号。设计工程师可以分析信号曲线的形状,以确定传感器的实际状况。

摘录自:中国计量与测量网络

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