組成智能傳感器接口芯片

1、7.4.4組成智能傳感器的接口芯片 智能傳感器的j結(jié)構(gòu)形式：集成電路芯片集成電路芯片: :敏感元件集成電路芯片信號(hào)放大信號(hào)過(guò)濾信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理集成電路芯片信號(hào)處理特點(diǎn)：功能全集成高體積小價(jià)格便宜接口芯片介紹通用傳感器接口芯片USIC 研制USID是尤里卡計(jì)劃中JLMIE工程中的一部分，目的在于能夠應(yīng)用于此工程的各種智能應(yīng)用于此工程的各種智能傳感器傳感器，使傳感器結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單使傳感器結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，并具有容錯(cuò)性具有容錯(cuò)性。 USID具有智能傳感器所需要的各種處理能力，并能在大多數(shù)的傳感器應(yīng)用場(chǎng)合中使用，它在讀書場(chǎng)合只需少量的外圍元件就可提供復(fù)雜的高質(zhì)量處理能力。通用傳感器接口芯片USICRIS

2、C處理器RISC處理器是該芯片的關(guān)鍵部件,在發(fā)送給中心計(jì)算機(jī)之前,傳感器數(shù)據(jù)由RISC處理器進(jìn)行預(yù)處理(如線性擬合、溫度補(bǔ)償)并貯存起來(lái)。RISC處理器的主要特點(diǎn)有: 8位高速位高速CMOS RISC CPU 42個(gè)個(gè)單單字字節(jié)節(jié)指令指令除了除了編編程分支以外程分支以外,均均為單為單周期指令周期指令 24位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)總線總線 32k字字節(jié)節(jié)外部外部ROM和和32k字字節(jié)節(jié)外部外部RAM 256字字節(jié)節(jié)可可尋尋址寄存器址寄存器(包括包括128字字節(jié)節(jié)內(nèi)部集成數(shù)據(jù)內(nèi)部集成數(shù)據(jù)RAM) 8級(jí)級(jí)12位硬件堆位硬件堆棧棧硬件中斷控制硬件中斷控制RISC處理器1975年，IBM的設(shè)計(jì)師John Cocke

3、研究了當(dāng)時(shí)的IBM370CISC系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)其中占總指令數(shù)僅20%的簡(jiǎn)單指令卻在程序調(diào)用中占了80%，而占指令數(shù)80%的復(fù)雜指令卻只有20%的機(jī)會(huì)用到。由此，他提出了RISC的概念。RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)），是和CISC（Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）相對(duì)的一種CPU架構(gòu)，它把較長(zhǎng)的指令分拆成若干條長(zhǎng)度相同的單一指令，可使CPU的工作變得單純、速度更快，設(shè)計(jì)和開發(fā)也更簡(jiǎn)單。RISC處理器 CISC的寄存器通常很少，所以，CISC的CPU執(zhí)行是大多數(shù)時(shí)間是在訪問(wèn)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)

4、，而不是寄存器中的。這就拖慢了整個(gè)系統(tǒng)的速度。 RISC的最大特點(diǎn)是指令長(zhǎng)度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少，大多數(shù)是簡(jiǎn)單指令且都能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，易于設(shè)計(jì)超標(biāo)量與流水線，寄存器數(shù)量多并采用了重疊寄存器窗口和寄存器堆等技術(shù)使寄存器資源得到充分的利用，大量操作在寄存器之間進(jìn)行。對(duì)于所有RISC處理器來(lái)說(shuō)，他們面臨PC市場(chǎng)的最大挑戰(zhàn)就是缺乏應(yīng)用軟件。RISC處理器APPLE的Power、PowerPCIBM的CELLPS2游戲機(jī)中的EEDEC的AlphaSUN的SPARCHP的PA-RISCMIPS技術(shù)公司的MIPSARM公司的ARM主要主要RISC指令架構(gòu)處理器指令架構(gòu)處理器:主要主要

5、CISC指令架構(gòu)處理器指令架構(gòu)處理器:Intel的PentiumAMD的Athlonx86架構(gòu)于1978年推出的Intel 8086中央處理器中首度出現(xiàn)。而x86是目前個(gè)人計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，也是歷來(lái)最成功的CPU架構(gòu)。話說(shuō)x86仍然存在的唯一理由就是為了兼容大量的x86平臺(tái)上的軟件 A/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器包含一個(gè)具有一位過(guò)采樣率的調(diào)節(jié)器和一個(gè)FIR數(shù)字濾波器。采用了-(求和-比較)技術(shù)。 A/D轉(zhuǎn)換器由芯片上的RISC處理器進(jìn)行設(shè)置和控制 USIC中采用成對(duì)設(shè)計(jì)的-A/D轉(zhuǎn)換器可以得到比雙通道單個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器更高的精度,并且可以實(shí)時(shí)地對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過(guò)程被稱

6、為模數(shù)轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)稱A/D(Analog to Digital)轉(zhuǎn)換；完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路被稱為 A/D 轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱ADC(Analog to Digital Converter)。 A/D轉(zhuǎn)換器 -(求和求和-比較比較)技術(shù)：技術(shù)：通常的，為了經(jīng)濟(jì)，信號(hào)以允許的最低采樣率被采樣，造成的結(jié)果是在轉(zhuǎn)換器整個(gè)通帶上分布的白噪聲。如果信號(hào)先進(jìn)行過(guò)采樣，然后進(jìn)行數(shù)字濾波，則可以保證限制信號(hào)帶寬，又有以下幾個(gè)好處： 數(shù)字濾波器可以構(gòu)成更銳利的反鋸齒濾波器，從而可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行向下采樣，給出更好的結(jié)果（相對(duì)模擬濾波器）； 一個(gè)20位的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以當(dāng)做一個(gè)24位、具有256倍過(guò)密采樣的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用；

7、可能會(huì)獲得一個(gè)比單獨(dú)使用轉(zhuǎn)換器更高的分辨率； 過(guò)密采樣通常與噪音信號(hào)整形耦合在一起。通過(guò)噪音整形，改善可以達(dá)到每倍頻6L+3 dB（六倍噪音整形的環(huán)路濾波器的階數(shù)+過(guò)密采樣3dB）。串行與并行接口 數(shù)字輸出在處理器的控制下選擇RS485/RS232串行通訊或并行接口,由芯片中兩個(gè)16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生模擬輸出。DAC還可以同內(nèi)部的數(shù)字正弦波發(fā)生器相連做為一個(gè)激勵(lì)源輸出。當(dāng)采用USIC制作傳感器校準(zhǔn)儀時(shí),例如加速度校準(zhǔn),便可利用此激勵(lì)源作為振動(dòng)臺(tái)的輸入,再利用USIC的A/D轉(zhuǎn)換器,便可方便地測(cè)量加速度的幅頻特性和相頻特性。另外,模擬輸出還可以作為傳感器自檢時(shí)的激勵(lì)信號(hào)。USIC實(shí)例應(yīng)用利用通用接

8、口芯片（USIC）構(gòu)成智能溫度壓力傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)電路SCA2095 SCA2095是應(yīng)用于利用壓阻效應(yīng),采用全橋設(shè)計(jì)的傳感器(例如壓力傳感器、應(yīng)力計(jì)、加速度計(jì)等)的信號(hào)調(diào)節(jié)電路的集成電路芯片。芯片的外部數(shù)字接口采用三線制,即串行時(shí)鐘SCLK、數(shù)據(jù)輸出DO、數(shù)據(jù)輸入DI。通過(guò)CPU的操作,設(shè)置零位偏移寄存器、溫度寄存器、零點(diǎn)溫度補(bǔ)償寄存器、輸出基準(zhǔn)寄存器、增益溫度補(bǔ)償寄存器等。這些寄存器中的值通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬量疊加在調(diào)理電路中,從而改善了傳感器特性。 SCA2095還能夠更好調(diào)節(jié)增益和傳感器電橋偏移,能修正靈敏度誤差。其他接口芯片AM401包括電流輸出、電壓輸出以及比例輸出和開關(guān)輸出?？?/p>

9、以同各種傳感器連接使用。ESI520由微處理器和一個(gè)混合信號(hào)ASIC組成,16腳DIP封裝,ASIC由儀表放大器、參考可調(diào)的D/A轉(zhuǎn)換器,可編程增益放大器、低頻濾波器以及溫度傳感器、10位A/D串行接口的組成。其它接口芯片還有AD7705、AM401、ESI520等。AD7705由多路混合器、緩和器、可編程增益放大器、-AD轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字串行界面組成,它具有兩路模擬輸入,因此可以方便地進(jìn)行溫度補(bǔ)償?？删幊淘鲆娣糯笃鞯脑鲆嬖?128之間。市場(chǎng)分析與前景展望我國(guó)目前智能傳感器發(fā)展滯后，高端產(chǎn)品依賴國(guó)外進(jìn)口。我國(guó)中高端傳感器進(jìn)口占比達(dá)80%，傳感器芯片進(jìn)口更是達(dá)90%，我國(guó)在中高端傳感器領(lǐng)域缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。其中數(shù)字化、智能化、微型化等高新技能產(chǎn)品尤為短缺。隨著自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，設(shè)備自動(dòng)化程度的不斷提高，未來(lái)傳感器將帶總線接口，具備通訊功能，集合計(jì)算匯總能力更加智能化，更多地與控制器、PC進(jìn)行信息