Σ-Δ型ADC將更多“智能”注入汽車(chē)傳感器

　　Σ-Δ型ADC在汽車(chē)安全系統中的應用

　　圖3體現了Σ-Δ型ADC在MEMS傳感器中的應用實(shí)例，包括三個(gè)方面：安全氣囊、電子穩定系統、側翻的穩定系統?！　?/p>

 

　　無(wú)論是安全氣囊還是電子穩定系統或者側翻的穩定系統，其系統設計原理都是基于用MEMS傳感器來(lái)檢測車(chē)的姿態(tài)。比如安全氣囊，當碰撞發(fā)生的時(shí)候去檢測這個(gè)碰撞所帶來(lái)位移的加速度和減速度，當加速度達到一定程度，才能判斷這是一個(gè)碰撞，而不是汽車(chē)本身的剎車(chē)帶來(lái)的減速度，這里的MEMS傳感器不只是檢測信號，還作為一個(gè)決策者的角色而存在。

　　對于電子穩定系統，則要判斷汽車(chē)在雪地上的轉彎是不是還帶有側滑，汽車(chē)轉彎時(shí)有一個(gè)角速度，當這個(gè)角速度達到一定的水平就是異常的側滑而不是車(chē)輛本身的轉彎。而側翻的趨勢也是一個(gè)角速度。這其中都會(huì )用到各種各樣MEMS傳感器，如加速度計和陀螺儀。

　　這些MEMS傳感器由許多非常微小的微米級的小彈片組成，如上圖3。當汽車(chē)發(fā)生碰撞或者有姿態(tài)變化的時(shí)候，加速度就會(huì )帶來(lái)一個(gè)位移，這個(gè)位移就會(huì )帶來(lái)一個(gè)電信號的變化，具體來(lái)說(shuō)是電容信號的變化。通過(guò)這樣的結構，就把動(dòng)作的趨勢轉化成了電信號的變化，沒(méi)有動(dòng)作發(fā)生的時(shí)候，信號是0，當有動(dòng)作的發(fā)生的時(shí)候，就輸出信號，并且動(dòng)作幅度越大，電信號也越大。

　　但是，MEMS傳感器檢測的電信號是非常微弱的，這就需要將它放大，然后才能用一定采樣位數的轉換器轉換成數字信號輸出，再送給單片機或處理器進(jìn)行分析，才能得到具體的加速度數值。這就是傳統的老一代MEMS傳感器的架構，它包含一個(gè)驅動(dòng)用以驅動(dòng)機械MEMS的單元，然后再用交流做激勵，將動(dòng)作發(fā)生時(shí)候差分的電信號進(jìn)行放大解調輸出，所以這是一個(gè)模擬的信號，當外部動(dòng)作帶來(lái)位移變化的時(shí)候，通過(guò)MEMS的單元變成電信號直接輸出。

　　技術(shù)在不斷的演進(jìn)，上述老一代MEMS傳感器變得越來(lái)越過(guò)時(shí)，新一代的傳感器設計面臨很多新的挑戰，比如：

　　1. 數據輸出的接口有標準的要求(模擬接口向數字接口轉變);數據安全性標準問(wèn)題;

　　2. 測量范圍的擴大(即同樣的一個(gè)傳感器單元要能夠實(shí)現低量程到高量程的自適應);

　　3. 輸出信號頻帶可選性(即位移發(fā)生時(shí)候的信號是很多頻率信號混雜在一起的，有高頻的，有低頻的，因為碰撞是一個(gè)綜合事件。而安全氣囊要不要彈開(kāi)?這就需要去判斷特定頻帶下的一個(gè)信號);

　　4. 自測機制(傳感器是整個(gè)判斷機制的主要信息來(lái)源，根據傳感器的數據來(lái)決定氣囊是不是要彈開(kāi)?那么這個(gè)決策如果錯了，不彈開(kāi)，那后果可想而知，但是不該彈開(kāi)的時(shí)候彈開(kāi)了后果也可想而知。所以傳感器的數據必須可靠，所以必須有自測的功能);　　

 

　　5. 溫度的補償;零點(diǎn)的補償等也都非常重要。這些要求如果純粹用純模擬的器件完成，雖然可以把精度做的很高，例如使用非常高性能的運放、調理電路，但是沒(méi)法做出靈活性和可重復性。

　　而新一代MEMS傳感器集成Σ-Δ型ADC后，由于Σ-Δ架構輸出的是數字信號，所以可以非常方便的對其進(jìn)行零點(diǎn)校正、溫度補償等，所有這些任務(wù)都可以在Σ-Δ型ADC內部實(shí)現。

　　汽車(chē)電池監控系統中的用武之地

　　ADI公司集成了16位Σ-Δ型ADC、FPGA和處理器內核的精密傳感器SoC ADuC703x為用戶(hù)提供了一個(gè)經(jīng)濟、高效的電池測量方案，可實(shí)現超高動(dòng)態(tài)范圍和精度的電流測量、電壓測量、和溫度測量。ADuC703x不僅可配合監控器IC來(lái)進(jìn)行新能源汽車(chē)電池的監控，還在傳統汽車(chē)的電池監控中有極高的市場(chǎng)占有率。

　　Start-Stop系統在汽車(chē)等紅燈的時(shí)候，將發(fā)動(dòng)機熄滅，而當綠燈亮的時(shí)候再點(diǎn)著(zhù)，這樣做的目的是不讓發(fā)動(dòng)機空轉，還能省下很多油。這個(gè)應用目前在歐洲的使用率很高。而這個(gè)系統的大功臣就是電池傳感器，有了它就能夠知道電池的狀態(tài)，從而為駕駛者下一步的動(dòng)作提供依據。

　　該電池監控系統設計有一些非?？量痰囊?，需要將一個(gè)傳感器安裝在電池部位去精確的檢測電池的電壓、電流和溫度，根據這些計算電池的電量狀態(tài)。極寬的電流范圍是很大的挑戰，汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)的電流達到幾百安培的水平，而熄火的時(shí)候又只有幾十毫安，從幾百安到幾十毫安幾萬(wàn)倍的動(dòng)態(tài)范圍都得測。

　　一般是將檢流電阻安裝在電池充放電的回路里，電流流過(guò)產(chǎn)生非常小的電壓，幾毫安的時(shí)候電壓才是微伏級。這么小的信號很難檢測，所以需要將信號放大很多倍;而當汽車(chē)正常行駛的時(shí)候電流又很大，這時(shí)檢流電阻上的電壓很大，所以電池傳感器要求有非常大的放大倍數和非常高的分辨率，并且因為動(dòng)態(tài)范圍很大，16位的ADC不夠測量，還必須加上PGA，ADC與PGA兩者相結合，調整放大倍數，才能測量從毫安級到百安級的動(dòng)態(tài)范圍。