那些有傳(chuan) 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(men) 有兩(liang) 條路可以選擇，一條簡單，一條困難。目前，他們(men) 多利用傳(chuan) 統的模擬手段來解決(jue) 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 設計完成之後，客戶還需 進行建模和測試 ，而這又要花費數周的時間。通常，在完成該設計流程後，客戶還需編寫(xie) 自己的係統算法，希望藉此令其產(chan) 品在市場中脫穎而出。美國國家半導體(ti) 希望為(wei) 需要設計信號路徑的客戶提供最簡單的設計方式，令客戶可以最快地將產(chan) 品推向市場。該方案令設計者能將更多時間投入到其終端產(chan) 品的IP設計上，而無需花費太多時間進行硬件開發。美國國家半導體(ti) 應對信號路徑挑戰的解決(jue) 方案即其"傳(chuan) 感器模擬前端（傳(chuan) 感器模擬前端電路）"產(chan) 品係列。

並不是說傳(chuan) 感器模擬前端電路 意在解決(jue) 所有傳(chuan) 感器的信號路徑設計需求，發明一種器件能滿足所有傳(chuan) 感器的需求顯然是不現實的，這樣的器件必然會(hui) 在滿足傳(chuan) 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於(yu) 工業(ye) 領域，在mA-20mA回路終端，因此需要功耗極低的解決(jue) 方案。為(wei) 此相對而言，帶寬、速率和噪聲等就不是其關(guan) 鍵性的性能參數。適合該領域的解決(jue) 方案需要每秒1至200sps間的可變采樣速率，7µVrms的噪聲水平，及不高於(yu) 4mA的消耗電流不。而，如果是需要快速測量出運動物體(ti) 重量的電子秤，則需要采樣速率高達4000sps。同樣地，當電子秤的輸入動態範圍越大時，它需要的噪聲水平也就越低，最低可至15nVrms。美國國家半導體(ti) 的傳(chuan) 感器模擬前端電路將傳(chuan) 感器信號路徑市場細分為(wei) 一係列傳(chuan) 感器應用。對於(yu) 溫度傳(chuan) 感器或電子秤等特殊的傳(chuan) 感器應用，傳(chuan) 感器模擬前端電路是其最優(you) 化的解決(jue) 方案。美國國家半導體(ti) 致力於(yu) 為(wei) 特定應用提供最優(you) 的解決(jue) 方案，他們(men) 的傳(chuan) 感器信號路徑解決(jue) 方案可以讓客戶從(cong) 冗長的硬件開發周期中解放出來。美國國家半導體(ti) 傳(chuan) 感器模擬前端電路 為(wei) 客戶提供了一條簡易的途徑。

LMP90100傳(chuan) 感收發器模擬前端電路

傳(chuan) 感器模擬前端電路滿足了傳(chuan) 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(chuan) 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範圍時，更大的溫度範圍將意味著輸出電壓會(hui) 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係統設計者而言很有意義(yi) 。。美國國家半導體(ti) 的首款傳(chuan) 感器模擬前端電路—LMP90100即可實現此功能，它適用於(yu) 高精度、低功耗的傳(chuan) 感收發器應用。LMP90100內(nei) 置用戶可編程的增益放大器，其增益範圍從(cong) 1x到128x。當係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）的輸入動態範圍，從(cong) 而提高係統整體(ti) 性能和精度。此外，LMP90100傳(chuan) 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(chuan) 感器的配置要求不同，為(wei) 滿足這一需求，LMP90100等傳(chuan) 感器模擬前端電路具有完全可編程的輸入多路複用器（MUX），允許對8個(ge) 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(ge) 電壓參考選項以及可調的采樣率。

LMP90100的3線RTD配置

除軟件可編程外，傳(chuan) 感器模擬前端電路產(chan) 品還可以對傳(chuan) 感器的“健康狀況”進行診斷，這對於(yu) 傳(chuan) 感器與(yu) 負責監控的中央控製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(chan) 品質量。中央控製器需要周期性地監控傳(chuan) 感器的“健康狀況”，以確保它們(men) 收集的信息是正確的。借助LMP90100，電流源即可提供所需的傳(chuan) 感器診斷功能。當傳(chuan) 感器故障開路時，電流源就會(hui) 使輸入節點浮動到正的電源軌，示意出開路故障。當傳(chuan) 感器短路時，電流源就會(hui) 產(chan) 生一個(ge) 小幅值信號，通過將該信號與(yu) 用戶可編程的電平比較，可以測試短路或將近短路的情況。由於(yu) 短路閾值是可編程的，所以可對瀕於(yu) 故障的傳(chuan) 感器進行檢測。其他的傳(chuan) 感器診斷技術還包括可以通過微調特定傳(chuan) 感器模擬前端電路的配置，監控傳(chuan) 感器的輸出響應。如，美國國家半導體(ti) 的有毒氣體(ti) 傳(chuan) 感器模擬前端電路LMP91000即可調整有毒氣體(ti) 傳(chuan) 感器的偏置電壓。調整偏置電壓可以改變特定氣體(ti) 傳(chuan) 感器的靈敏度，通過調整傳(chuan) 感器的靈敏度，中央控製器就可以檢測出傳(chuan) 感器輸出變化相對於(yu) 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(chuan) 感器。傳(chuan) 感器診斷和健康狀態測試等特性同樣為(wei) 硬件/係統設計師提供了一條更加簡單的設計途徑，便於(yu) 他們(men) 克服應用挑戰。

LMP91000有毒氣體(ti) 傳(chuan) 感器模擬前端電路

傳(chuan) 感器模擬前端電路還提供一些適用於(yu) 具體(ti) 應用的特性，包括多種節電模式和連續背景校準。節點模式尤其適用於(yu) 便攜式電子設備和4-20mA回路的傳(chuan) 感收發器節點。例如，LMP91000即設計用作便攜式有毒氣體(ti) 檢測器。為(wei) 確保更長的傳(chuan) 感器導通時間常數，便攜式有毒氣體(ti) 檢測器不會(hui) 完全掉電，為(wei) 此多種工作模式並存就變得非常重要。這些工作模式包括有毒氣體(ti) 傳(chuan) 感器在監控下，並當功耗為(wei) 10 uA的正常工作模式以及傳(chuan) 感器加設了偏置電壓但尚未進行實際測量的待機模式。在待機模式中，功耗通常為(wei) 6uA，這也使得其恢複時間僅(jin) 為(wei) 秒量級，而不是小時量級。類似於(yu) 氣體(ti) 檢測器，因為(wei) 直接自回路供電，傳(chuan) 感收發器節點也需要更低功耗，整個(ge) 信號路徑功耗需要低於(yu) 4mA。為(wei) 此，需要為(wei) 每個(ge) 傳(chuan) 感器選擇最佳的采樣率，如果一個(ge) 傳(chuan) 感器僅(jin) 需要1 sps的采樣率，而另外一個(ge) 傳(chuan) 感器需要200 sps，則LMP90100可以允許每個(ge) 信號路徑工作在某一采樣率，而不受其他通道采樣率的影響。此外，可以關(guan) 斷內(nei) 部時鍾源和電流源等不必要的器件，以使功耗降至最低。

在必須同時檢測多個(ge) 傳(chuan) 感器的應用中，傳(chuan) 感器模擬前端電路有其獨特優(you) 勢。例如，要在更寬的工作溫度範圍內(nei) 精確監控壓力時，相對於(yu) 傳(chuan) 統設計方案，LMP90100具有其設計優(you) 勢。首先，具有靈活輸入多路複用器的LMP90100可以接收多個(ge) 傳(chuan) 感器的模擬輸入，而定製設計方案要求每個(ge) 傳(chuan) 感器具有獨立的信號路徑。此類應用的另一個(ge) 挑戰是每個(ge) 傳(chuan) 感器需要具有不同的信號電平。壓力傳(chuan) 感器可能隻有20 mV的滿量程輸出範圍，而溫度傳(chuan) 感器則可能有幾伏的滿量程輸出範圍，也可以利用LMP901001倍到128倍、步長為(wei) 2倍即6dB的可編程增益選項解決(jue) 該問題。其它應用需求包括給傳(chuan) 感器加設偏置電壓和為(wei) 模數轉換器提供參考電壓等。對於(yu) LMP90100，片上電流源可用於(yu) 為(wei) 傳(chuan) 感器加設偏置電壓，其參考多路複用器可用於(yu) 為(wei) 24位模數轉換器選擇兩(liang) 個(ge) 不同的參考電壓。對於(yu) 定製設計，必須使用外部電路為(wei) 傳(chuan) 感器加設偏置電壓並為(wei) 模數轉換器提供參考電壓。參考多路複用器還具有其他特性，包括可測量模數轉換器參考電壓對傳(chuan) 感器偏置電壓的比值，及在噪聲環境中提供卓越的係統性能。在定製設計中可以利用分立元件實現該性能，但需要額外的板上空間及微控製器通用輸入輸出（GPIO）線。最後，由於(yu) 測量是在較寬的工作溫度範圍內(nei) 進行的，傳(chuan) 統的信號路徑解決(jue) 方案必須在整個(ge) 工作溫度範圍內(nei) 設定好。對於(yu) LMP90100，從(cong) 傳(chuan) 感器輸出到微控製器輸入的信號路徑是自校正的，不隨溫度或時間漂移，這意味著係統信號路徑中電子器件的增益和偏移不需要在數字域進行監測或修正。#p#分頁標題#e#

相對傳(chuan) 統設計，另一個(ge) 傳(chuan) 感器模擬前端電路可以發揮巨大優(you) 勢的多傳(chuan) 感係統應用是在需要用同一儀(yi) 器設計感應多種不同氣體(ti) 的有毒氣體(ti) 檢測器時。有些有毒氣體(ti) 傳(chuan) 感器在特定氣體(ti) 中會(hui) 發生氧化反應，而其它傳(chuan) 感器可能發生還原反應。傳(chuan) 統的解決(jue) 方案要求能夠調節用於(yu) 測量流經傳(chuan) 感器的電流的跨導放大器（TIA）的偏置電壓。對於(yu) 電流流出傳(chuan) 感器工作電極（WE）時的還原反應，偏置電壓需要設定為(wei) 正參考值，以防止電流變大時TIA的輸出在近地附近限幅。氧化反應下，電流會(hui) 流入傳(chuan) 感器的工作電極，為(wei) 此偏置電壓需要設定在地附近，以防止TIA的輸出在正電源附近飽和。這可以通過幾種定製的分立式設計方式實現，一種方案是采用雙極性電源，它在地附近為(wei) TIA的輸入加設偏置電壓，使其可以在任一方向上變化。另一種方案是針對特定類型的有毒氣體(ti) 傳(chuan) 感器，利用外部數模轉換器（DAC）或模擬開關(guan) 改變從(cong) 地附近到正電源電壓附近的偏置電壓。此外，還有一種備選方案是采用LMP91000，它針對TIA輸入集成了可編程偏置電壓，該方法可以以單一正電源電壓為(wei) 兩(liang) 類化學反應正常供電。有毒氣體(ti) 檢測器的另一個(ge) 設計挑戰是需要檢測電流的動態範圍。一些有毒氣體(ti) 傳(chuan) 感器的滿量程範圍為(wei) 600 uA、靈敏度為(wei) 10nA/ppm，而其他的傳(chuan) 感器滿量程範圍可能為(wei) 10 uA、靈敏度為(wei) 1 nA/ppm。解決(jue) 這一問題同樣有多種解決(jue) 方案。為(wei) 了在寬電流範圍內(nei) 提供足夠的測量分辨率，相對於(yu) 傳(chuan) 統的12位模數轉換器，定製方案需要16或24位高分辨率模數轉換器，它雖然在整個(ge) 電流範圍內(nei) 確保了所需的分辨率，但數模轉換器的成本大幅提高。另一個(ge) 選擇是利用模擬開關(guan) 切換不同的反饋電阻值，以改變TIA的增益，這樣就能使用12位模數轉換器並更好地利用模數轉換器的動態範圍獲得所需的性能。LMP91000內(nei) 置從(cong) 2kΩ 到375kΩ的可編程反饋電阻和可切換到外部反饋電阻的性能選項從(cong) 而解決(jue) 了這一難題。最後，有些應用還要求控製有毒氣體(ti) 傳(chuan) 感器工作電極（WE）與(yu) 參考電極（RE）之間的電勢差，有些傳(chuan) 感器如一氧化碳傳(chuan) 感器需要零偏置電壓，即要求RE和WE在相同的電位上。而，有些氣體(ti) 傳(chuan) 感器如一氧化氮傳(chuan) 感器需要正偏置電壓，另外一些傳(chuan) 感器則需要負偏置電壓，定製設計可以通過綜合利用模擬開關(guan) 、多種參考電壓和/或模數轉換器而實現。LMP91000通過提供從(cong) +24%的VREF到-24%的VREF的可編程偏置電壓得以解決(jue) 這一問題。


LMP91000的不同化學反應

傳(chuan) 感器模擬前端電路產(chan) 品配套了各種軟硬件開發工具，利用這些開發工具，係統設計者可以了解傳(chuan) 感器模擬前端電路如何滿足傳(chuan) 感器信號的需求。首先，軟件工具為(wei) 係統設計師提供了了解特定的傳(chuan) 感器模擬前端電路產(chan) 品的友好的用戶環境。當啟動軟件時，會(hui) 一並開啟一個(ge) 向導索引，該索引包含了一個(ge) 介紹有關(guan) 器件特點和性能的短片以讓係統設計師明白工具的功能，特點。當用戶完成或跳過軟件向導，係統設計師即可從(cong) 傳(chuan) 感器數據庫選擇連接到傳(chuan) 感器模擬前端電路的傳(chuan) 感器。例如，選用麵向精密、低功耗傳(chuan) 感收發器設計的LMP90100，用戶可以從(cong) 多種溫度傳(chuan) 感器（如熱電偶、RTD、熱敏電阻和模擬溫度傳(chuan) 感器）、壓力傳(chuan) 感器和負載單元中進行選擇。如果所選的特定傳(chuan) 感器不在列表中，設計者可以手動將傳(chuan) 感器添加到數據庫中。一旦選定了某傳(chuan) 感器，傳(chuan) 感器模擬前端電路就會(hui) 針對該傳(chuan) 感器自動配置。此時，用戶被引導到傳(chuan) 感器模擬前端電路框圖，他們(men) 可以研究器件特性及如何針對該傳(chuan) 感器進行配置。幫助欄將引導設計者瀏覽傳(chuan) 感器模擬前端電路的可編程單元。用戶也可以通過將鼠標懸停在特定單元上獲取所有可編程單元的詳細說明。除可以自動對所選的傳(chuan) 感器進行配置外，該軟件工具還可針對特定配置提供器件的性能評估功能。如果更改了任何器件配置，如增益或采樣率，性能評估表會(hui) 自動更新並顯示出新的器件性能。該軟件工具的設計目的是為(wei) 係統設計師提供一個(ge) 無需閱讀冗長的數據表，即可了解如何使用某部件滿足所需的方式。


虛擬器件導覽與(yu) 傳(chuan) 感器選項

如果係統設計師有興(xing) 趣深入研究傳(chuan) 感器模擬前端電路的性能，他們(men) 可以購買(mai) 與(yu) 軟件配套的開發硬件。利用SPIO-4基於(yu) USB的數據采集板，所有配置均可輕鬆地在幾秒內(nei) 傳(chuan) 到傳(chuan) 感器模擬前端電路評估板上。隻要使用合適的開發硬件，係統設計師即可轉入測量選項卡，此時，他們(men) 可以對比實際測量的數據和估計的數據值。由於(yu) 一些傳(chuan) 感器模擬前端電路如LMP90100具有多路輸入，可以同時監測數個(ge) 傳(chuan) 感器。係統設計師也可以監測電壓、模數轉換器輸出情況或傳(chuan) 感器專(zhuan) 用性能指標（如溫度傳(chuan) 感器的攝氏或華氏溫度）等係統性能，利用傳(chuan) 感器數據庫中的數據，該開發工具為(wei) 用戶帶來這一功能。此外，其統計數據也可以涵蓋被收集的數據，所有數據可以采用模擬示波器截屏的時間域或柱狀圖的形式顯示。開發工具是傳(chuan) 感器模擬前端電路幫助係統設計師輕鬆完成其硬件開發而提供的另一選擇。


開發係統和測量

可編程軟件功能為(wei) 硬件設計師提供了一些相對於(yu) 傳(chuan) 統定製設計的優(you) 勢。無論您是一個(ge) 嫻熟的模擬設計者還是係統設計新手，傳(chuan) 感器模擬前端電路都是您的理想解決(jue) 方案。選擇最輕鬆的方式，使用傳(chuan) 感器模擬前端電路將幫助您領先競爭(zheng) 對手，率先將產(chan) 品推向市場。