智能传感器接口的优势

2011-03-27 09:32:28来源: 互联网
采用智能化更高的传感器接口能将16位的高性能CPU与16位ADC的处理功能相结合,从而大幅简化设计工作,尤其是在集成解决方案体积较小、价格较低的时候更是如此。本文将重点介绍上述数据采集系统架构的各种优势,其中包括更低功耗、更小体积、更少的主机CPU负载、功能齐备以及传输中可配置性等。

为什么要寻找“更智能化”的解决方案

对负责系统后端的模拟设计人员而言,通常只能对ADC进行优化。不过,这时数字接口基本已经不能变更了。当然,非常多的主机处理器都具备极高的性能且集成了灵活的ADC功能,而许多MCU都能理想地满足各种应用需求。不过需要再次强调的是,MCU的选用是由多种要求决定的,而模拟功能只是其中的一部分。

除了花费大量时间开发昂贵的ASIC、承担高风险之外,还有没有别的办法呢?办法当然是有的。若不将模拟功能与主机处理器相集成,那么将数字智能集成至ADC中又未尝不可呢?这就能实现“更智能化”的设备,既能充分满足传感器前端的模拟性能要求,又具备与系统主机处理器接口相连的足够灵活性。图1阐述了这一理念及上述各种方法。

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图1 智能ADC数据采集系统的发展

小智慧有大作用

毫无疑问,这不是一种新的概念,不过却经常被忽视。只要可能,我们就应采用智能 ADC 数据采集系统,其对系统的影响大大超过此前介绍的范畴。一般说来,设计人员考虑的问题包括智能处理器解决方案的大小或占板面积,当然价位也是非常重要的因素。价格通常是大多数高销量应用的限制因素,这使设计人员不得不采取效率较低的、会影响集成度的独立解决方案。

智能ADC系统架构的优势在于,数字和模拟设计都具备极大的灵活性,这同时也为软件开发提供了极高的灵活性。智能ADC解决方案的集成CPU和数字外设实现了更简单的A/D 控制和数据处理功能。ADC 不仅具有全面可编程性,而且无须与主机CPU 互动就能实现传输中控制。此外,智能ADC作为模拟信号的预处理器,不仅能捕获已转换的数字数据,还能在向系统主机传递数据之前对数据进行处理。这使求数据平均值乃至更复杂的数据过滤等功能都得以简化。

为了说明上述功能减轻主机负荷,我们不妨考虑外部16位ADC采用3线SPI接口通信的简单例子。主机不仅要配置ADC,等待转换完成,还要检索每个16 位结果,并处理得出平均值。即便在ADC与主机处理器集成的情况下,能优化的也只是数据通信。主机仍要处理数据、计算平均值,并提供所有 ADC 控制和配置功能。

我们不妨将这种简单而低效的系统与智能 ADC 系统相比较,智能系统具备相同的主机功能,但主机只需从“智能” ADC中检索数据。所有ADC控制功能和预处理的数据以及平均值计算都由智能ADC完成,从而解放了主机,使其能从事更高级的功能。

智能化程度更高的MCU是解决之道

超低功耗MSP430F2013 MCU就是此类智能型ADC的一个优秀典范。所有的ADC控制和数据处理均无需主机完成,不仅提高了灵活性,而且还加强了整个系统的效率。这乍看起来似乎对降低成本、提高存储器容量以及CPU吞吐量等方面没什么大用,但是我们需考虑到,有的任务每秒必须要处理数十次、上百次,乃至上千次。因此,智能ADC所能实现的优势是极为明显的。

智能程度更高的ADC所带来的优势和功能远远超出了A/D 转换及数据处理的范畴。在更高的层面上,MSP430F2013的2KB片上存储器可存储校准数据,以及针对温度变化的传感器补差表,补偿传感器采样信息的不足。此外,闪存与128B RAM还能存储数据日志和多采样缓冲。系统主机可用剩余的存储器存储其他各种数据。

MSP430超低功耗架构的关键优势之一也进一步扩展到了系统模拟领域,能实现非常灵活且易于管理的电源架构,从而充分满足电流需要。由于处理器的唤醒时间不到1μs,因此该解决方案有助于我们大幅降低平均系统功耗要求。图2显示了有关系统如何利用主机和智能ADC的概念。

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图2 智能ADC的系统架构

结论性的设想

如果您下次设计混合信号应用时要采用外接ADC,那么不妨考虑一下各种选择。采用简单的外部模数转换器可能并不是最好的解决方案,特别是当采用智能ADC较为合适时更是如此。

“智能传感器接口”能够将16位CPU与16位ADC的处理能力完美结合在一起,从而大幅简化设计工作,尤其是在解决方案体积较小时优势更为显著;而且其成本基本相当于专用模数转换器解决方案,有时甚至还会更低。这种数据采集系统架构的优势还能扩展到其他设计领域,如降低功耗、提高系统可升级性以及实现最终设备的差异化创新等。

关键字:接口  优势

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2011/0327/article_976.html
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