集成ARM的混合信号如何实现智能传感器
除了功耗,选择正确的ADC并进行适当配置对于性能和尺寸而言同样十分重要。 系统性能是ADC效果最直观的反映。 ADC精度越高,过程变量的测量结果就越精确。 这最终会提升控制能力和性能。 对于现场仪器仪表而言,16位分辨率是较为常见的要求,Σ-Δ转换器便能很好地满足这种精度要求。
在现场仪器仪表设计中,经常会出现两个或更多传感器。 这类应用实例有:温度测量和压力测量。 这对ADC、仪表放大器和多路复用芯片设计的配置都会有影响。 集成两个ADC,就能测量两个过程变量。 采用多路复用可增加输入数量。 对于温度测量而言,可以将一个ADC与热电偶对接,另一个ADC与电阻温度检测器(RTD)对接。 热电偶的电压输出与两个端点之间的温度差成正比, 其一端参考目标(比如极高温金属),另一端参考电子元件的温度。 第二个ADC用来测量RTD,后者为电子元件提供绝对参考温度。 利用参考温度及其与目标之间的差异,目标温度便能由ARM M3微控制器内核精确计算得出。
对于压力测量而言,主ADC测量阻性电桥压力传感器。 第二个ADC测量温度,以便用于温度补偿以及提供整个温度范围内的更佳精度。 灵活的多路复用允许测量静态压力补偿值。
需要提供额外功能并保持尺寸与功耗预算不变的一个例子便是HART(可寻址远程传感器高速通道)调制解调器功能。 HART调制解调器采用数字双向通信标准,它在标准4 mA至20 mA模拟环路上调制一个1 mA峰峰值FSK信号。 若要加入这个功能,就必须在总功耗预算中留出裕量。 前文所讨论的优化在这种情况下适用。 另外,还需考虑微控制器子系统。 微控制器内核需实现该性能,同时保持能效以控制HART调制解调器并驱动环路供电型DAC,它还需执行处理测量数据、诊断和校准等任务。
选择正确的元件实现芯片级集成和优化固然重要,但开发高效率集成系统还需要掌握目标市场要求与趋势等丰富知识。 系统级目标——比如增加功能而不增加功耗水平与尺寸——要求芯片供应商与最终系统开发商之间展开密切合作。 为了便于展开这种合作,半导体供应商需对电路板级要求具有充分的理解,例如:外形尺寸、温度范围、制造工艺、功耗、成本以及信号链中的补充器件。
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