组成智能传感器接口芯片

1、7.4.4组成智能传感器的接口芯片 智能传感器的j结构形式：集成电路芯片集成电路芯片: :敏感元件集成电路芯片信号放大信号过滤信号的A/D转换数据处理集成电路芯片信号处理特点：功能全集成高体积小价格便宜接口芯片介绍通用传感器接口芯片USIC 研制USID是尤里卡计划中JLMIE工程中的一部分，目的在于能够应用于此工程的各种智能应用于此工程的各种智能传感器传感器，使传感器结构更简单使传感器结构更简单，并具有容错性具有容错性。 USID具有智能传感器所需要的各种处理能力，并能在大多数的传感器应用场合中使用，它在读书场合只需少量的外围元件就可提供复杂的高质量处理能力。通用传感器接口芯片USICRIS

2、C处理器RISC处理器是该芯片的关键部件,在发送给中心计算机之前,传感器数据由RISC处理器进行预处理(如线性拟合、温度补偿)并贮存起来。RISC处理器的主要特点有: 8位高速位高速CMOS RISC CPU 42个个单单字字节节指令指令除了除了编编程分支以外程分支以外,均均为单为单周期指令周期指令 24位数据位数据总线总线 32k字字节节外部外部ROM和和32k字字节节外部外部RAM 256字字节节可可寻寻址寄存器址寄存器(包括包括128字字节节内部集成数据内部集成数据RAM) 8级级12位硬件堆位硬件堆栈栈硬件中断控制硬件中断控制RISC处理器1975年，IBM的设计师John Cocke

3、研究了当时的IBM370CISC系统，发现其中占总指令数仅20%的简单指令却在程序调用中占了80%，而占指令数80%的复杂指令却只有20%的机会用到。由此，他提出了RISC的概念。RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机），是和CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）相对的一种CPU架构，它把较长的指令分拆成若干条长度相同的单一指令，可使CPU的工作变得单纯、速度更快，设计和开发也更简单。RISC处理器 CISC的寄存器通常很少，所以，CISC的CPU执行是大多数时间是在访问存储器中的数据

4、，而不是寄存器中的。这就拖慢了整个系统的速度。 RISC的最大特点是指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少，大多数是简单指令且都能在一个时钟周期内完成，易于设计超标量与流水线，寄存器数量多并采用了重叠寄存器窗口和寄存器堆等技术使寄存器资源得到充分的利用，大量操作在寄存器之间进行。对于所有RISC处理器来说，他们面临PC市场的最大挑战就是缺乏应用软件。RISC处理器APPLE的Power、PowerPCIBM的CELLPS2游戏机中的EEDEC的AlphaSUN的SPARCHP的PA-RISCMIPS技术公司的MIPSARM公司的ARM主要主要RISC指令架构处理器指令架构处理器:主要主要

5、CISC指令架构处理器指令架构处理器:Intel的PentiumAMD的Athlonx86架构于1978年推出的Intel 8086中央处理器中首度出现。而x86是目前个人计算机的标准平台，也是历来最成功的CPU架构。话说x86仍然存在的唯一理由就是为了兼容大量的x86平台上的软件 A/D转换器 A/D转换器包含一个具有一位过采样率的调节器和一个FIR数字滤波器。采用了-(求和-比较)技术。 A/D转换器由芯片上的RISC处理器进行设置和控制 USIC中采用成对设计的-A/D转换器可以得到比双通道单个A/D转换器更高的精度,并且可以实时地对两路信号进行A/D转换。 模拟量转换成数字量的过程被称

6、为模数转换，简称A/D(Analog to Digital)转换；完成模数转换的电路被称为 A/D 转换器，简称ADC(Analog to Digital Converter)。 A/D转换器 -(求和求和-比较比较)技术：技术：通常的，为了经济，信号以允许的最低采样率被采样，造成的结果是在转换器整个通带上分布的白噪声。如果信号先进行过采样，然后进行数字滤波，则可以保证限制信号带宽，又有以下几个好处： 数字滤波器可以构成更锐利的反锯齿滤波器，从而可以对信号进行向下采样，给出更好的结果（相对模拟滤波器）； 一个20位的模拟数字转换器可以当做一个24位、具有256倍过密采样的模拟数字转换器使用；

7、可能会获得一个比单独使用转换器更高的分辨率； 过密采样通常与噪音信号整形耦合在一起。通过噪音整形，改善可以达到每倍频6L+3 dB（六倍噪音整形的环路滤波器的阶数+过密采样3dB）。串行与并行接口 数字输出在处理器的控制下选择RS485/RS232串行通讯或并行接口,由芯片中两个16位数模转换器产生模拟输出。DAC还可以同内部的数字正弦波发生器相连做为一个激励源输出。当采用USIC制作传感器校准仪时,例如加速度校准,便可利用此激励源作为振动台的输入,再利用USIC的A/D转换器,便可方便地测量加速度的幅频特性和相频特性。另外,模拟输出还可以作为传感器自检时的激励信号。USIC实例应用利用通用接

8、口芯片（USIC）构成智能温度压力传感器信号调节电路SCA2095 SCA2095是应用于利用压阻效应,采用全桥设计的传感器(例如压力传感器、应力计、加速度计等)的信号调节电路的集成电路芯片。芯片的外部数字接口采用三线制,即串行时钟SCLK、数据输出DO、数据输入DI。通过CPU的操作,设置零位偏移寄存器、温度寄存器、零点温度补偿寄存器、输出基准寄存器、增益温度补偿寄存器等。这些寄存器中的值通过D/A转换器变成模拟量叠加在调理电路中,从而改善了传感器特性。 SCA2095还能够更好调节增益和传感器电桥偏移,能修正灵敏度误差。其他接口芯片AM401包括电流输出、电压输出以及比例输出和开关输出。可

9、以同各种传感器连接使用。ESI520由微处理器和一个混合信号ASIC组成,16脚DIP封装,ASIC由仪表放大器、参考可调的D/A转换器,可编程增益放大器、低频滤波器以及温度传感器、10位A/D串行接口的组成。其它接口芯片还有AD7705、AM401、ESI520等。AD7705由多路混合器、缓和器、可编程增益放大器、-AD转换器以及数字串行界面组成,它具有两路模拟输入,因此可以方便地进行温度补偿。可编程增益放大器的增益在1128之间。市场分析与前景展望我国目前智能传感器发展滞后，高端产品依赖国外进口。我国中高端传感器进口占比达80%，传感器芯片进口更是达90%，我国在中高端传感器领域缺乏自主知识产权。其中数字化、智能化、微型化等高新技能产品尤为短缺。随着自动化产业的不断发展，设备自动化程度的不断提高，未来传感器将带总线接口，具备通讯功能，集合计算汇总能力更加智能化，更多地与控制器、PC进行信息