传感器应用广泛，可以作为微控制器的一部分，也可以单独作为嵌入式系统。然而，更有效的电路实现是将高性能模数(A/D)转换器与集成MCU相结合。
大多数传感器需要信号调理，以消除潜在的测量误差源。这些误差源可能包括增益和失调误差、环境噪声或固有噪声以及传感器传递函数本身的非线性。许多现代应用还需要数字格式的条件传感器数据。对于具有多个传感器的系统，与每个传感器节点处的独立调节和转换电路相关联的开销可能是有问题的，因此增加了最终应用的维护、校准和成本开销。
无论是什么类型，无论是热电偶、电阻式温度探测器、称重传感器还是磁场传感器，传感器通常都需要一个激励(偏置)源用于信号产生和调整电路，以补偿测量误差。来源数量。
虽然这些传感器测量不同的参数，如温度、重量和磁场强度，但它们具有低信号增益、振幅和非线性的共同电气特性。一旦安装到最终应用中，增益和失调误差也可能变得很明显，因此必须进行校准。许多传感器表现出高(或可变)输出阻抗，这使得它们容易出现信号负载和耦合噪声问题。单独或组合使用这些因素会增加显著的测量误差。因此，在系统使用前，传感器需要专门的信号调理电路进行误差补偿、滤波缓冲和模数转换。
转换器拓扑
宽动态测量范围是许多传感器应用的另一个共同特征。例如，考虑一个汽车衡，其中货物重量的测量必须在0.1磅以内。实用的称重技术包括称量满载卡车的重量，减去空载卡车的已知(恒定)重量。满量程为25，000磅的合适汽车衡必须具有19位模数转换器分辨率，才能满足0.1磅的分辨率要求。气体检测和高精度罗盘系统中使用的传感器也有同样的动态范围要求。考虑到这些不同的要求和对宽动态范围的可能需求，传感器模数转换器实际上是一个模数转换器系统。
有许多模数转换器拓扑可供选择，包括逐次逼近型转换器(SAR)、流水线型转换器、flash型转换器和斜率型转换器。然而，高分辨率和高信噪比的要求限制了集成A/D转换器的选择。
集成的A/D转换器可以对多个样本(或长时间)的测量过程进行平均，从而降低噪声并提高分辨率。虽然集成型模数转换器比非集成型要慢得多，但对于典型的传感器应用来说，它们已经足够快了。集成式模数转换器架构的例子有--,双斜率和多斜率积分器以及过采样SAR模数转换器。其中，delta-sigma转换器因其最佳的分辨率、线性度、噪声性能、成本和工作功率而在传感器数据采集应用中最受欢迎。
-型
-A/D转换器是一种过采样转换器，但过采样只是提高转换器整体性能的机制之一。Delta-sigma转换器将过采样与噪声整形和数字滤波相结合，以实现最佳分辨率和噪声衰减。它几乎完全数字化，使其能够享受现代数字电子产品的规模和经济性。这意味着小尺寸和低安装成本——这是大多数传感器接口应用中的重要因素。
Delta-sigma模数转换器架构由调制器和数字滤波器/抽取器组成。调制器由积分器、时钟比较器和1位D/A转换器组成。积分器对数模转换器输出与VIN之差求平均值，并将结果施加于比较器输入。计时时，比较器在其输入大于0时产生1，这在夏季的负输入端产生VREF脉冲。这一过程以等于采样时钟频率的速率继续进行，并产生连续的1和0位流。在该位流中，给定时间段内1的数量与总位数之比(即1密度)等于VIN与VREF之比。积分器的均值功能还充当差信号的低通滤波器，降低低输入频率下的量化噪声，并通过将噪声推出测量频率范围来重塑噪声。
然后，数字滤波器消除重组的量化噪声，抽取器计算调制器数据的加权移动平均值，以完成转换过程。然而，当delta-sigma转换器为多路复用时，抽取器和滤波器中的数据必须刷新(清零),以防止通道间的信号串扰。冲洗和重新填充滤波器/抽取器的时间可能相当长，通常称为延迟或“群延迟”。许多系统都有模拟数据转换的关键时间预算，这可能会受到延迟的不利影响。一些供应商提供延迟更短的-转换器，可以无延迟地交换一些噪声性能。
由于具有高分辨率和噪声衰减特性，-型模数转换器在DC和低频应用(如传感器数据转换)中很受欢迎，许多半导体供应商均有提供。
策略
传感器A/D转换器可以安装在传感器本地或远程，电路可以多种方式实现。近年来，在每个传感器位置具有本地调整的分布式系统(IEEE 1451)已经变得流行。更高效的电路实现之一是使用“智能A/D转换器”，它由集成MCU的高性能A/D转换器组成。到目前为止，该示例可以将完整的24位delta-sigma模数转换器系统与模拟和数字外设以及基于50 Mips ISP闪存的8051 MCU集成到一个5 x 5 mm封装中。通过包括各种硬件连接和适当的固件来实现线性化、校准和串行通信，可以执行传感器调整和数据转换的所有方面。
系统固件MCU提供的功能因最终应用而异。这些功能可能涉及测量、控制、诊断或其他功能。大多数应用需要测量(包括校准和线性化)，通常是数据格式化和某种形式的通信接口。
虽然增益和失调校准由专用板载硬件执行，但线性化必须在固件中执行。线性化的经典方法使用幂级数多项式方程。
振作起来。
模数转换器/MCU组合IC上的其它外设可以包括串行端口、定时器和模拟比较器，以便将系统功能扩展到传感器信号调理和转换之外。例如，板载串行端口可以与其他系统处理器通信，以进行远程配置、控制和数据交换。系统中串行通信和可编程闪存的结合可以在系统需求变化时轻松升级系统固件。还可以实现其他系统优势，例如智能电源管理和传感器诊断。所有这些策略都可以降低系统拥有成本，提高系统可用性和性能。
标签：传感器转换器系统