首套开发传感器信号路径解决方案的设计工具

    美国国家半导体公司(National Semiconductor Corporation)日前宣布推出业界首套用于开发传感器信号路径解决方案的在线设计工具：WEBENCH Sensor Designer。该公司亚太区市场经理林伟山在北京举行的媒体见面会上表示，借助此套设计工具，只需输入若干关键参数，工程师就可以在WEBENCH Sensor Designer的协助下轻松完成构思、仿真测试、以至建模的整个设计过程。

    WEBENCH Sensor Designer网页是美国国家半导体的WEBENCH设计工具网页之一，该网页还为LED、电源管理芯片、信号路径、音频系统、放大器及有源滤波器等其它解决方案提供设计支持。

    “许多OEM厂商目前缺乏设计传感器信号路径所需的模拟电路设计经验。”林伟山强调说，“在传统设计中，工程师必须先确定传感器的特性及性能，然后才可为传感器寻找直流性能配合的运算放大器、及具备恰当分辨率和准确度的模拟/数字转换器。此外，工程师还须另外花时间为电路进行评估测试及建模。”

    那么，哪些因素是设计信号路径时必须考虑的？林伟山在回答该问题时介绍说，以下几方面内容值得关注。1). 放大器规格参数。例如输入偏置电流、共模抑制比(CMRR)、电压/电流噪声、共模电压输入/输出范围、偏移误差、频率响应；2). 模拟/数字转换器规格参数。包括每秒计的采样速度、偏移误差、增益误差、积分非线性特性(INL)；3). 为传感器/转换器提供一个适当的接口、适当的激发信号源、以及放大器的输出与模拟/数字转换器的输入必须有适当的隔离等。

    该公司称，WEBENCH Sensor Designer的最大优势就在于，它可以精简传感器接口及数据转换系统的设计流程，使工程师可以集中精力设计系统的其他部分。只需键入几个主要参数，该套设计工具便可为业界知名的桥接压力传感器、光感测器传感器及热电耦式传感器快速匹配美国国家半导体PowerWise高能效运算放大器、以及引脚与功能都兼容的8/10/12/14/16位模拟/数字转换器。同时，每一信号路径解决方案都可以将传感器的输出信号进行放大和调整，再将之转为数字信号，然后直接传送给微控制器。

    例如：WEBENCH Sensor Designer可为PowerWise LMP7731高精度放大器搭配16位、250kSPS的ADC161S626差分输入模拟/数字转换器。LMP7731芯片的输入电压噪声为2.9nV/sqrt Hz，中频噪声转角为3Hz；而ADC161S626 芯片可在摄氏-40度至85度的温度范围内保持+/-0.003%的信号准确度。

    林伟山在WEBENCH Sensor Designer设计流程的现场演示中表示，工程师在确定传感器的类型之后，只需点击“设计快线”(Create Design)按钮，WEBENCH Sensor Designer就会在数秒之内将设计电路图、物料清单、系统性能概要等资料以及详尽的错误分析一一显示在屏幕上。若设计工具没有载入某一型号传感器，用户还可以自己加装该款传感器，然后将有关资料存入相关的操作区。

                   WEBENCH Sensor Designer演示界面

    如果工程师需要对生成的方案进行性能价格比权衡决策，或是根据传感器系统的要求改用不同的运算放大器或模拟/数字转换器、修改系统某些参数，都可以利用该工具快速地完成系统优化设计。

    最后，设计工程师再利用“建模快线”(Build It!)功能选项确定方案原型，以供仿真测试及建模使用。建模套件将由Digi-Key负责运送，以便在最短的时间内送到客户手中进行测试及验证。

    这些套件可以直接连接任何设有数字输入端的系统，也可直接与个人电脑相连接。为此，国半还提供了另一套内置SPI或I2C至USB接口的通信系统评估电路板及相关软件，工程师可以利用该软件分析传感器信号路径的性能，微调系统设计的整体性能。用户可通过WEBENCH Sensor Designer网页订购评估套件，用来构建和测试WEBENCH解决方案。