Σ-Δ型ADC將更多“智能”注入汽車(chē)傳感器

　　摘要：ADC特別是Σ-Δ型ADC分布在汽車(chē)的各個(gè)角落中，這些ADC正在使傳統意義上的傳感器變得不再傳統，為汽車(chē)傳感器帶來(lái)更多的智能基因。本文將闡述Σ-Δ型ADC在汽車(chē)安全系統中的應用，以及ADI公司Σ-Δ型ADC在汽車(chē)電池監控系統中以及汽車(chē)級角速度傳感器ADXRS800中的應用。

　　對于汽車(chē)中電子器件，人們很容易一下子列舉出MCU、大量的傳感器、驅動(dòng)部件等，似乎很難想起“不太起眼”的模數轉換器(ADC)。事實(shí)上，ADC特別是Σ-Δ型ADC分布在汽車(chē)的各個(gè)角落中。ADC正在使傳統意義上的傳感器變得不再傳統，傳統意義上的傳感器通常擔當的是信號調整的角色，即將客觀(guān)世界中一些非常微小的小信號轉換成可以被電子器件識別的電信號，但是現在的技術(shù)趨勢是這些傳統的純模擬的傳感器內部正在越來(lái)越多的引入數字處理的部分，而這其中就包括了Σ-Δ型ADC。

　　業(yè)界越來(lái)越多地將傳感器和Σ-Δ型ADC進(jìn)行融合，來(lái)優(yōu)化傳感器的性能。工程師們同時(shí)在模擬信號采集和數字后處理要求的兩個(gè)方面考察傳感器和轉換器，這不僅可以使轉換器“充分激發(fā)”傳感器元件的效能，以此優(yōu)化傳感器性能，而且將成本減至最低。

　　汽車(chē)應用為何青睞Σ-Δ型ADC

　　Σ-Δ型ADC通常被認為是最復雜的模數轉換器架構，它的模擬部分非常簡(jiǎn)單(類(lèi)似于一個(gè)1bit ADC),而數字部分則要復雜得多，它綜合運用獨特的“采樣”與“降噪”技術(shù)，按照功能劃分為數字濾波和抽取單元。由于Σ-Δ型ADC更接近于一個(gè)數字器件，所以其制造成本相對低廉。

　　通常，Σ-Δ型ADC的分辨率非常高(16-24 位)，不過(guò)速度較低(10-480 KSPS)。由于采用高倍率過(guò)采樣技術(shù)，降低了對傳感器信號進(jìn)行濾波、前置放大的要求，實(shí)際上取消了信號調理，所以非常適合測量來(lái)自應變計、熱電偶和電阻溫度傳感器等傳感器的小信號而無(wú)需采樣保持放大器或增益調整放大器。

　　由于集成度的增加，先進(jìn)的“數字傳感器”產(chǎn)品具有各種各樣的設計優(yōu)勢或更加“智能”。ADC可以使用內部校準和線(xiàn)性化程序來(lái)處理傳感器輸出;傳感器可以校正傳感器增益和偏移，并產(chǎn)生片內傳感器激勵信號;數字控制型可編程增益放大器可用來(lái)“優(yōu)化”ADC至特定傳感器讀數，然后重新配置以從相同的傳感器讀取一個(gè)不同的信號。ADC內置溫度監控功能并根據溫度調節轉換器輸出，可計算并消除熱誤差。微機電(MEMS)傳感器如加速度計和陀螺儀，同樣也結合了數據傳感器來(lái)感應慣性和旋轉運動(dòng)，非常適用于汽車(chē)安全及穩定控制系統等一系列汽車(chē)應用場(chǎng)合?？傊?，這意味著(zhù)設計人員不必像以往那樣過(guò)多關(guān)注如何處理具體的傳感器性能問(wèn)題，從而加快上市并大多能改善性能?！　?/p>

 

　　引入數字處理的部分使汽車(chē)電子系統可以實(shí)現一些非常先進(jìn)非常有用的功能，這些功能包括零點(diǎn)消除、自診斷、濾波頻段的設定、量程可調等。而Σ-Δ型ADC之所以能在這其中擔當重要角色，主要緣于它的架構。

　　如上圖2所示為各種架構的ADC采樣率和精度的比較。通常我們有這樣的共識：最常用的通用架構一般是逐次逼近寄存器 (SAR) 型;而用于高分辨率(要求對從小到大的各種信號進(jìn)行數字化處理的工業(yè)領(lǐng)域)的主要類(lèi)型是Σ-Δ型;當前處理高速信號的模數轉換器大多是流水線(xiàn)型?！　?/p>

 

　　我們先來(lái)看一輛汽車(chē)對ADC動(dòng)態(tài)范圍和分辨率的要求。汽車(chē)應用中通常要處理大的動(dòng)態(tài)范圍的信號，例如如果要檢測電池的電量，當發(fā)動(dòng)機熄火時(shí)，這時(shí)待機電流只有幾十毫安，而當起動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)，工作電流可以達到幾百安，相差將近10萬(wàn)倍，要檢測這么大的動(dòng)態(tài)范圍的信號，當然需要具有大的動(dòng)態(tài)范圍和非常高分辨率的ADC架構了。Σ-Δ型具有的寬動(dòng)態(tài)范圍非常適合這一應用。除此之外，Σ-Δ型ADC高分辨率的特性還非常適合于汽車(chē)的安全應用。

　　雖然Σ-Δ型ADC相比其它架構的ADC速度并不高，但這并不影響它在汽車(chē)中的應用。如對于車(chē)輛側翻的檢測，汽車(chē)一側輪胎在開(kāi)始抬起時(shí)候的角速度并不高。