傳感器模擬前端

那些有傳感器信號路徑設計需求的客戶發現自己正處在十字路口，他們有兩條路可以選擇，一條簡單，一條困難。目前，客戶們大多利用傳統的模擬手段來解決信號路徑問題，但這通常需要數周甚至數月的設計時間。在初始方案設計完成之后，客戶一般還需進行測試和調試，而這又要花費數周的時間。通常，在完成該設計流程后，客戶還需編寫自己的系統算法，希望借此令其產品在市場中脫穎而出。應對信號路徑挑戰的解決方案之一就是傳感器模擬前端電路（Sensor AFE）。

并不是說傳感器模擬前端電路（Sensor AFE）意在解決所有傳感器的信號路徑設計需求，發明一種器件能滿足所有傳感器的需求顯然是不現實的，這樣的器件必然會在滿足傳感器的特殊應用需求上有所折扣。例如，收發器溫度收發器常用于工業領域，在1～20mA回路終端，因此需要功耗極低的解決方案。為此相對而言，帶寬、速率和噪聲等就不是其關鍵性的性能參數。適合該領域的解決方案需要1～200s/s間的可變采樣速率，7μVrms的噪聲水平，以及不大于4mA的消耗電流。而如果是需要快速測量出運動物體重量的電子秤，則需要采樣速率高達4000s/s。同樣，當電子秤的輸入動態范圍越大時，它需要的噪聲水平也就越低，最低可至15nVrms。美國國家半導體的傳感器模擬前端電路將傳感器信號路徑市場細分為一系列傳感器應用。對于溫度傳感器或電子秤等特殊的傳感器應用，傳感器模擬前端電路是其最優化的解決方案。

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LMP90100傳感收發器模擬前端電路
傳感器模擬前端電路滿足了傳感器信號路徑所需的技術規格要求，此外，還可通過串行外設接口（SPI）或I2C總線進行編程。其可編程特性，令其能在最大程度上滿足特定的傳感器應用需求。例如，當某場合需要使用熱電偶獲得更大的溫度范圍時，更大的溫度范圍將意味著輸出電壓會隨著測量溫度的不同而變化很大。此時，如果能夠動態調整信號路徑增益對系統設計者而言很有意義。LMP90100即可實現此功能，它適用于高精度、低功耗的傳感收發器應用。LMP90100內置用戶可編程的增益放大器，其增益范圍從1x到128x。當系統設計者選擇更高增益時，則可更好地利用集成的24位ΣΔ模數轉換器（ADC）的輸入動態范圍，從而提高系統整體性能和精度。此外，LMP90100傳感器模擬前端電路的輸入配置是可編程的。例如，一些不同類型的溫度傳感器的配置要求不同，為滿足這一需求，LMP90100等傳感器模擬前端電路具有完全可編程的輸入多路復用器（MUX），允許對8個可用輸入引腳隨意配置。LMP90100的其他可編程特性包括可編程電流源、多個電壓參考選項以及可調的采樣率。

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LMP90100的3線RTD配置
除軟件可編程外，傳感器模擬前端電路產品還可以對傳感器的“健康狀況”進行診斷，這對于傳感器與負責監控的中央控制器相隔數百甚至數千米的應用場合非常有用。例如，在食品加工廠等應用中，必須保證某些工藝環節是在特定溫度或壓力水平下進行的，以保證產品質量。中央控制器需要周期性地監控傳感器的“健康狀況”，以確保它們收集的信息是正確的。借助LMP90100，電流源即可提供所需的傳感器診斷功能。當傳感器故障開路時，電流源就會使輸入節點浮動到正的電源軌，示意出開路故障。當傳感器短路時，電流源就會產生一個小幅值信號，通過將該信號與用戶可編程的電平比較，可以測試短路或將近短路的情況。由于短路閾值是可編程的，所以可對瀕于故障的傳感器進行檢測。其他的傳感器診斷技術還包括通過微調特定傳感器模擬前端電路的配置，監控傳感器的輸出響應。例如，有毒氣體傳感器模擬前端電路LMP91000即可調整有毒氣體傳感器的偏置電壓。調整偏置電壓可以改變特定氣體傳感器的靈敏度，通過調整傳感器的靈敏度，中央控制器就可以檢測出傳感器輸出變化相對于偏置電壓變化是否匹配。如此，即可在故障發生前，更換那些已經損壞或即將損壞的傳感器。傳感器診斷和健康狀態測試等特性同樣為硬件/系統設計師提供了一條更加簡單的設計途徑，便于他們克服應用挑戰。