傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的捷徑

參考電極是恒定的固定基準(zhǔn)電位，位于電解質(zhì)中，而不與任何氣體接觸。通過使用參考電極，傳感器AFE LMP91000能夠彌補(bǔ)工作電極的測(cè)量誤差。

與工作電極上的電流一樣，反電極上的電流值相同，但具有相反的極性；LMP91000內(nèi)的放大器A1驅(qū)動(dòng)這個(gè)電流。這樣做，可以使器件保持測(cè)量單元處于平衡狀態(tài)，這就是正在得到補(bǔ)償?shù)?ldquo;電位”派生的恒電位器的作用。通過這種方式，當(dāng)RE驅(qū)動(dòng)的最大偏置電流為670pA時(shí)，LMP91000有助于設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)9.5μA/10×10-6～0.5nA/10×10-6范圍的靈敏度。

當(dāng)傳感器第一次進(jìn)行操作時(shí)，第一步是電位的積聚。為了達(dá)到所要求的效果，LMP91000將驅(qū)動(dòng)高達(dá)10mA的電流。這要求它在短短幾小時(shí)內(nèi)就要完成這一過程。在某些情況下，普通的分立電路則需要幾天的時(shí)間才能建立這個(gè)電位。

WEBENCH傳感器設(shè)計(jì)工具
借助由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司免費(fèi)提供的在線設(shè)計(jì)工具“Sensor AFE Designer”，設(shè)計(jì)工程師可以輕松地評(píng)估設(shè)計(jì)。用戶可在美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的網(wǎng)頁(yè)直接訪問該軟件，只需單擊WEBENCH框中的“傳感器”標(biāo)簽，然后選擇合適的類型的傳感器，再單擊“開始設(shè)計(jì)”即可(見圖3)。

圖3 WEBENCH界面

這里，用戶可以選擇相應(yīng)的傳感器——在這個(gè)例子中是一個(gè)由Tempco制造的K型熱組件。在選擇傳感器后，軟件立即提供了一個(gè)LMP90100的鏈接圖（見圖4）。所有必要的調(diào)整已經(jīng)由系統(tǒng)預(yù)設(shè)好了：包括各個(gè)傳感器的選擇和輸入的分配，系統(tǒng)定義了所有的參數(shù)，如電流和參考源及增益。然后，用戶可以選擇采樣率、后臺(tái)校準(zhǔn)或傳感器測(cè)試功能。

圖4 LMP90100應(yīng)用電路

除了兩款傳感器模擬前端集成電路，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司還提供配套的評(píng)估板。只要把這樣的評(píng)估電路板連接到PC，設(shè)計(jì)工程師們就能夠從美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的網(wǎng)站下載必要的離線軟件。除非電路板要用一個(gè)真正的傳感器直接測(cè)量，否則整個(gè)配置過程的方式和WEBENCH別無(wú)二致。傳感器數(shù)據(jù)可以在時(shí)間軸上分別顯示出電壓（以V表示）、數(shù)據(jù)（以位表示）或溫度（以℃表示）或壓力（以psi表示）。通過這種方式，用戶能夠?qū)ζ溥^程、測(cè)量任務(wù)分別進(jìn)行直接測(cè)試，利用Sensor AFE掌控測(cè)量任務(wù)。在顯示圖像的左側(cè)，系統(tǒng)顯示了可以預(yù)期的精度，以及實(shí)際達(dá)到的精度。在這種情況下，設(shè)計(jì)工程師必須注意，ENOB公式對(duì)統(tǒng)計(jì)值是有效的，但不適用于正常情況下使用的動(dòng)態(tài)值。由于標(biāo)準(zhǔn)偏差是公式的一個(gè)部分，當(dāng)溫度（或壓力，如果使用電橋電路）沒有一個(gè)恒定值時(shí)，系統(tǒng)顯示的ENOB值將大幅下降。