高度集成的传感器接口模拟前端如何简化传感器调理.doc

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1、高度集成的传感器接口模拟前端如何简化传感器调理　　传感器用于各种消费和工业市场，从手机和平板电脑到精密检测、距离测量、识别/图像处理和过程仪表应用。许多这些系统集成有多个模拟传感器，从而使得器件更加智能、高效且多产。这些传感器可以用于检测压力、温度、应力、位置、温度、光线、液流、声音、速度、热等。　　您家里的大家电所含的传感器数可能就会让您大吃一惊。例如，现今的洗衣机具有检测电机电流、滚筒转速、水位、水流、水温、失衡、门打开/关闭，有的甚至采用触摸传感器按钮进行循环控制。高效直筒式洗衣机根据每个负载中衣物的重量确定每个负载的水位。传感器和传感器接口技术实现了当今家

2、电中的各种效率和安全功能。　　模拟传感器会产生电信号，通常非常小，夹杂着噪声。在许多情况下，没有两个传感器是一样的，每个传感器都携带它自己的独特噪声特点，并将它自己的偏移引入到信号路径中。校准系统、区分信号和噪声并对其进行放大对末端系统性能而言至关重要。模拟传感器和数字信号处理之间是重要的电子接口，其会调理电信号，以确保它位于下游ADC（模数转换器）的范围内。当今的工业系统利用多个传感器和传感器类型，从而形成了对传感器调理元件的更大需求。具有多个传感器的系统需要多个级别的校准和放大，以充分处理传感器信号并将它们传送到下游ADC。我们的电子仪器和器件中传感器使用的不

3、断扩大增加了对更灵活、成本更低的传感器接口解决方案的需求。　　传感器调理功能可以通过使用多个组件的离散解决方案获取。在许多情况下，离散传感器接口解决方案会放弃每个传感器输入的可变增益或可调偏移。离散解决方案往往比集成解决方案产生更高的功耗，需要更大的空间且具有更长的设计时间。许多供应商提供有集成传感器接口模拟前端（AFE）。大多数包括可在客户的终端系统中复制的处理器，并且可能包括大多数应用中不需要的高水平的数字处理和存储保护，从而增加了成本。Exar的XR10910传感器接口AFE提供了成本更低的集成解决方案，它在很小的占用空间内集成有高通道数和功能，功耗比竞争器

4、件更低。XR10910的独特功能集相比离散或其他AFE解决方案提供了更大的设计灵活性。　　XR10910–16:1传感器接口AFE　　XR10910传感器接口包括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（低压差稳压器）。XR10910的功能和特性由I2C接口控制，并且具有补充当今的微控制器（MCU）或具有嵌入式ADC的现场可编程门阵列（FPGA）的性能和功能集。图1为XR10910的框图。　　　　图1XR10910框图　　XR10910是市场上唯一的传感器接口AFE之一，提供与16个差分输出传感器连接的能力。连接到X

5、R10910的每个传感器都具有其自身的固有偏移，如果不进行校准排查可能会降低传感器系统的灵敏度和整体性能。板载DAC将偏移引入到仪表放大器中，以校准由传感器生成的偏移电压。16个通道中的每一个都可以设置独立的偏移。　　可编程增益仪器放大器提供从2V/V到760V/V的8个可选增益，以放大信号从而使其落入下游ADC的输入范围内。XR10910甚至包括集成LDO，系统设计人员可以用它来提供给传感器供电的稳定电压。　　XR10910在2.7V至5V的电源范围内工作，提供了一个较广的数字电源范围（1.8V至5V）。它通常消耗457uA的电源电流，并提供休眠模式，将电源电流

6、降至45uA。　　16位本底噪声性能　　Exar的AFE提供14位信号路径线性度，并提供低峰间值噪声（2μVppatG=760）和低输入电压噪声（G=760时为35nV/√Hz），请参阅图2和3。XR10910的低噪声性能结合低偏置电流能力（最大为100pA）使得该AFE能够与各种传感器连接并与3V至5V16位ADC完美配对。　　　　图2输入电压噪声与频率　　　　图30.1Hz至10HzRTI电压噪声　　XR10910优势　　●集成MUX、DAC、PGA和LDO简化了传感器调理应用　　●相比大多数集成AFE解决方案实现了更大灵活性　　●相比大多数集成解决方案功耗更

7、低，相比离散解决方案功耗相同或更低　　●易于使用的简单的I2C接口　　●6mmx6mmQFN封装　　●高通道计数简化了电路板布局并节省了不动产占用　　针对16个桥式传感器的低功耗传感器接口解决方案　　许多应力和压力传感器利用构建为惠斯通电桥电路的电阻元件，其通常称为应变仪。电桥中的电阻元件根据机械应力更改阻力。应变仪传感器通常同时用于应力和压力测量。XR10910是多个桥式传感器和ADC/MCU或FPGA之间的易于使用的传感器调理接口，如图4中所示。　　　　图416:1使用XR109101桥式传感器接口　　桥式传感器具有差分输出信号（VO+和VO-）。理想情况下，

8、空载的桥式