目前傳感器系統(tǒng)已被廣泛用于各個主要行業(yè)，但傳統(tǒng)傳感器系統(tǒng)的開發(fā)時間往往長達數(shù)月。這是因為一個傳感器系統(tǒng)的設計要經(jīng)過挑選傳感器、搜尋和分析元器件（目前的系統(tǒng)需要采用許多集成電路）、評估系統(tǒng)性能、線路布局和電路板裝配以及核實設計與建模等過程。日前，美國國家半導體公司（NS）推出了可配置的傳感器模擬前端電路可簡化設計流程，可使系統(tǒng)設計工程師在極短的時間內(nèi)即可完成高集成度傳感器系統(tǒng)設計，大大縮短產(chǎn)品上市時間。
NS精密信號路徑產(chǎn)品部副總裁James Ashe表示，以往設計一個傳感器系統(tǒng)，需要幾周甚至幾個月的時間，而采用美國國家半導體的新產(chǎn)品和設計工具，設計時間則可縮短至幾分鐘。
器件特點
NS推出的這兩款可配置的傳感器模擬前端(AFE)IC的型號為LMP90100和LMP91000，兩款產(chǎn)品都采用了NS的獨創(chuàng)技術(shù)，并獲得多款全新設計工具的支持，系統(tǒng)設計工程師只要采用這兩款可配置的傳感器模擬前端電路，即可利用該公司W(wǎng)EBENCH傳感器模擬前端電路設計工具(WEBENCH Sensor AFE Designer)完成傳感器信號路徑設計。換言之，工程師可以利用這套設計工具挑選傳感器，進行設計，配置解決方案并將配置參數(shù)下載至傳感器模擬前端電路。目前一個典型的傳感器應用需要數(shù)塊電路板及多達25顆元器件，而采用NS的方案，則只需一顆芯片即可，設計時間則可縮短至幾分鐘。
James Ashe說，這兩款芯片各有特點，適用于各種不同的傳感器系統(tǒng)及應用領(lǐng)域，這些特點包括可編程的電流源、自選參考電壓、診斷功能、偏移/增益校準、以及可調(diào)整的采樣率。可配置功能能優(yōu)化設計以確保符合特定終端應用的要求。
圖1，LMP90100應用案例框圖（壓力傳感器及熱電阻溫度傳感器）
NS WEBENCH傳感器模擬前端電路設計工具兼容多種技術(shù)規(guī)格，可以支持數(shù)百款溫度、壓力及化學傳感器，例如，RTD(熱電阻溫度傳感器）、熱耦傳感器、壓力傳感器、稱重傳感器和氣體傳感器等。并為傳感器信號路徑配置有關(guān)參數(shù)，傳感器驅(qū)動電流、參考電壓、增益、采樣率、警告。可以加快建模評估，即評估電路性能和設置診斷參數(shù)(開路、短路、信號電平) 、儲存配置數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)設計工程師現(xiàn)可通過硬件接口使用離線版設計工具進行設計和測試，從而縮短設計時間，加快建模評估。工程師還可利用離線測試系統(tǒng)將設計的配置參數(shù)下載到傳感器模擬前端電路，將傳感器置入系統(tǒng)后，即可進行仿真測試。其數(shù)據(jù)庫涵蓋了 Omega Engineering.、Honeywell Sensing & Control、Tempco Electric Heater及All Sensors 等公司的眾多傳感器產(chǎn)品。
在開發(fā)系統(tǒng)中，通過置入傳感器，載入配置數(shù)據(jù)，評估信號路徑性能和優(yōu)化設計，即可完成整個傳感器系統(tǒng)的設計。
技術(shù)規(guī)格
James Ashe稱，LMP90100芯片是業(yè)界首款可真正連續(xù)校準背景信號并做出診斷的24位、多通道、低功耗傳感器模擬前端電路，適用于高性能收發(fā)器及變頻器系統(tǒng)。NS專利的背景信號校準技術(shù)可以有效消除隨著時間及溫度變化而出現(xiàn)的漂移，并在不干擾被側(cè)信號的基礎上，確定偏移及增益誤差。
LMP90100除了內(nèi)置24位的 Sigma-delta ADC外，還采用靈活的輸入（多路復用器）配置，因此可以支持任意比例的差分或單端輸入。每個傳感器的信號增益（包括1、2、4、8、16、32、64和128）、采樣率及診斷參數(shù)均可編程，該芯片還提供兩個匹配的驅(qū)動電流實現(xiàn)傳感器的驅(qū)動。LMP90100芯片的平均耗電低于平均值0.7mA，在 -40 ºC? +125 ºC的溫度范圍內(nèi)可確保正常工作，上述特性可使這款芯片理想地用于溫度收發(fā)器或 4mA ? 20mA系統(tǒng)。
LMP91000芯片是業(yè)界首款可全面配置的低功耗恒電位儀，可在傳感器與ADC間提供一個高度集成的完整信號路徑。這款可配置的模擬前端電路適用于微功耗的化學物質(zhì)及氣體檢測應用，如三極單一氣體傳感器及雙端氧氣傳感器等。LMP91000芯片測量恒電位儀中的電流，其大小與測量氣體的含量成正比。通過跨阻抗放大器，LMP91000生成與這一電流成正比的輸出電壓，從而推算出氣體含量。LMP91000允許用戶通過I2C兼容接口自行設置跨阻抗增益值， 因此能夠支持對含量介于0.5nA/ppm與9.5nA/ppm間的有毒氣體作出靈敏反應。此外，LM91000的功耗極低，因此適用于電池供電系統(tǒng)以及4mA?20mA的收發(fā)器系統(tǒng)。這款芯片的恒電位儀電壓和輸出增益都可根據(jù)設計要求自行設置，這令工程師可以探測更多的氣體種類，或者探測不同的氣體濃度，并確保設備的總系統(tǒng)電流損耗可低至1 0µA（平均值）。工程師也可通過I2C接口驗證傳感器性能，而內(nèi)置的溫度傳感器則可提供附加輸出，以進行溫度監(jiān)控。LMP91000芯片的工作電壓范圍在2.7V?5.5V之間。
應用案例
圖1是壓力傳感器及熱電阻溫度傳感器的應用案例。James Ashe一再表示，NS的設計理念就是“簡易設計”，幫助客戶縮短研發(fā)時間，加速產(chǎn)品的上市。今后NS還要推出面向各個細分市場的創(chuàng)新型、低能耗以及高效率產(chǎn)品和解決方案。