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传感器系统设计?So Easy!

2019-10-25
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任何一个系统,无论大小,无论是生命体还是非生命体,要想维持正常的生存和运作,都不可避免地与外部世界发生联系。传感器作为这一系统连接内外的“触角”,在整个系统中担当着重要角色。


随着人类社会进入到万物互联和智能化的时代,新一代电子系统对传感器的精度和灵敏度的要求也在不断提高,数字传感器通常不能满足要求,需要使用模拟传感器。并且在同一个系统中所需的传感器数量也越来越多,这就增加了系统的复杂性和整体功耗。因此,在新一代电子系统中,往往需要借助专门的模拟协处理器,使之承担接收并处理灵敏度和精确度更高的传感器输出信号的功能,从而降低主处理器负荷,简化主处理器软件,并降低其功耗。


此外,工程师们在设计新一代传感器系统时,通常还会遇到更多难题。


例如


  • 模拟传感器电路很难设计,并且要求优化模拟前端(AFE),进行增益补偿、改善线性度和偏移误差。


  • 许多模拟传感器(如血压、应力或光传感器)要求将模拟前端AFE靠近传感器,这样可以得到最大的信噪比(SNR)。


  • 使用模拟传感器的系统需要多片专用IC,用于执行模拟前端AFE、模拟滤波器、ADC和信号处理等功能。


  • 需要小型化的IC,并尽可能使其靠近传感器,从而减少电路板面积。


  • 原型化新传感器并增加新功能时,需要反复研究测试验证,容易拖延产品上市进度。


  • 产品发布前最后一刻的修改会因PCB重制而影响项目进度。


赛普拉斯独有的PSoC可编程模数混合片上系统架构,是理想的实现模拟协处理器功能的单芯片解决方案,可将上述分立元件的功能集成于同一芯片中,有效减少芯片外围分立元件的数量,简化传感器系统的设计,降低系统成本和功耗。

PSoC模拟协处理器具有以下特点


  • 提供了尺寸为3.7 x 2.0 mm芯片级封装中的低成本模拟协处理器,最多可以支持38个模拟传感器


  • 利用可编程模拟模块、组件以及完全工程化的嵌入式初始化、校准和温度校正算法,使模拟传感器系统的设计更为简单


  • 能够轻松更新传感器特性和能力,而不必修改主处理器软件


  • 通过修改免费的PSoC Creator集成设计环境中的组件 ,利用软件实现快速原型化并可以反复设计,直至得到满意的结果,不需要进行硬件更改


上图为PSoC模拟协处理器的系统框图。可见,PSoC完全可以解决工程师们在设计新一代传感器系统时常见的各种难题,轻松创建小型、低成本的模拟协处理器,用于多传感器系统。


采用PSoC Creator IDE进行设计,过程非常轻松简单。如下图所示,以气体检测仪为例,使用PSoC模拟协处理器中的可编程模拟模块,在PSoC Creator IDE中,将相应的组件(运放、滤波器等)图标拖放到设计界面中,并使用组件的图形配置工具完成自定义操作,可以使基于模拟传感器的系统设计变得更为简单。



对于多传感器系统,下图针对一般传感器系统和采用PSoC的传感器系统设计过程中,添加新传感器所需的步骤进行了对比。可见,采用PSoC,完全不必更改主机软件和重制PCB,开发进度更快,费用更低



以下为一个常见的气体检测模块的设计实例,PSoC模拟协处理器外接两个传感器——气体传感器和烟雾传感器,同时还接驳了报警指示灯,并与系统主机进行通讯。



那么,该如何学习使用PSoC 模拟协处理器呢?很简单,点击链接,赶快去看看吧!



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