傳感器的信號調節技術(shù)

對三運放I A 結構可以做一個(gè)類(lèi)似的分析( 圖5) 。同樣， 省略對三運放IA以及前述項的嚴謹全電路分析，雙運放IA的結果也很好地適用在這里，即，為獲得最大動(dòng)態(tài)范圍，輸出基準電壓要設定在A(yíng)MP1和AMP2的輸出電壓擺幅的中間(式1)。

電路增益的表達式與雙運放IA形式相同(式2)。測得的電路輸出電壓是針對VREF，VREF設計在A(yíng)MP1 和AMP2的輸出電壓擺幅中間；而可以加給三運放IA的最大差分輸入電壓則由式2決定。

另一個(gè)實(shí)際例子中，設計者采用了一只Touchstone半導體公司的TS10040.6μA四運放，搭建一個(gè)2.5V電源、增益為50的三運放IA。從TS1004的數據表中可查到其在100kΩ負載時(shí)的VOH(MIN)和VOL(MAX)規格分別為2.498V和0.001V。用式1，輸出級由一個(gè)為(2.498V+0.001V)/2=1.249V的VREF偏置， 以獲得最大輸出動(dòng)態(tài)范圍， 避免輸出級的飽和。在所述50 增益時(shí)， 為避免輸出級飽和而能夠施加的最大差分輸入電壓為( 2.498V + 0.001V )/( 2×50 )，約25mV。

能量采集

凌利爾特公司電源產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監TonyArmstrong描述了用可再生能源為遠程無(wú)線(xiàn)結點(diǎn)供電的情況，只要有正確的采集、電源管理與電池充電設備，就可以高效地獲得能源(見(jiàn)附文：“無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )采集更多真實(shí)數據服務(wù)于更多公用事業(yè)設施”)?？稍偕茉凑跒槟茉崔D換和現有能源的更高效使用提供廣泛的機會(huì )，也為能源采集器件提供了一個(gè)機會(huì )，幫助為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )提供電能。這些無(wú)線(xiàn)傳感器已普遍用于樓宇自動(dòng)化和前瞻性維護應用。

Armstrong指出，能源采集的傳統方式是通過(guò)太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電機，但新出現的能源采集工具能夠從各種環(huán)境源中產(chǎn)生電能。例如，熱電發(fā)電機將熱能轉化為電能，壓電元件轉換機械振動(dòng)，光伏電池轉換太陽(yáng)光(或任何光子源)，而電化法是從濕度獲得能量。這樣就能夠為遠處的傳感器提供電源，或為某種存儲設備充電，如電容或薄膜電池。于是，遠方地點(diǎn)的微處理器或發(fā)射器就有電能供應，而無(wú)需在當地設立電源。

凌利爾特公司的能源采集產(chǎn)品提供了各種解決方案(表1)。各系列產(chǎn)品的規格各不相同，但該公司大力宣傳的是小于6μA、最低可至450nA的典型靜態(tài)電流，起動(dòng)電壓低至20mV，輸入電壓能夠達到連續34V，40V瞬態(tài)，還能處理交流輸入，具有多輸出能力和自動(dòng)的系統電源管理功能，自動(dòng)極性轉換，對太陽(yáng)能輸入的最高功率點(diǎn)控制，可從小到1度溫差中獲取能源的能力，以及緊湊的解決方案體積。

由于太陽(yáng)能的功率是變化不定的，幾乎所有太陽(yáng)能供電設備都要使用可充電電池。顯然，其目標是獲得盡可能多的太陽(yáng)能源，為這些電池快速充電，以維持它們的充電狀態(tài)。

雖然太陽(yáng)能電池天生就是轉換效率低的設備，但它們也有一個(gè)最大輸出功率點(diǎn)，因此在這個(gè)點(diǎn)上工作就是一個(gè)明確的設計目標。Armstrong發(fā)現，問(wèn)題是最大輸出功率的IV特性會(huì )隨光照而改變。單晶硅太陽(yáng)能電池的輸出電流與光強度成正比，而在最大功率輸出時(shí)的電壓卻相對恒定。確定光強度下的最大功率輸出發(fā)生在每個(gè)曲線(xiàn)的拐點(diǎn)處，此時(shí)，太陽(yáng)電池從一個(gè)恒壓設備轉變?yōu)橐粋€(gè)恒流設備(圖6)。

因此，一個(gè)能從太陽(yáng)能板高效獲得能量的充電器設計，必須能在光照水平無(wú)法滿(mǎn)足充電器滿(mǎn)功率需求時(shí)，將太陽(yáng)能板的輸出電壓控制在最大功率點(diǎn)。凌利爾特公司針對太陽(yáng)能應用的LT3652多化學(xué)種類(lèi)2A電池充電器采用了一個(gè)輸入穩壓回路，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓網(wǎng)絡(luò )，當輸入電壓跌到一個(gè)預設的電平以下時(shí)，會(huì )減小充電電流。當用太陽(yáng)能板供電時(shí)，輸入穩壓回路可將太陽(yáng)能板維持在接近峰值輸出水平。

集成的AFE方案

完整的傳感器解決方案需要解決傳感器驅動(dòng)與輸出需求、采樣速率、信號路徑校正、性能、傳感器診斷，以及功耗需求等問(wèn)題。簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)周期以及減少開(kāi)發(fā)時(shí)間，可能意味著(zhù)更快地進(jìn)入市場(chǎng)，每年做出更多的設計。不過(guò)， 大多數現行方案只解決了其中少數問(wèn)題， 用分立元件開(kāi)發(fā)既耗時(shí)又復雜。

德州儀器公司的可配置傳感器AFE ( 模擬前端) IC 與WebenchSensor AFE Designer是一個(gè)集成化軟硬件開(kāi)發(fā)平臺的組成部分，工程師可以用它來(lái)選擇傳感器， 設計并配置解決方案， 然后幾分鐘之內就能下載配置。工程師可以在線(xiàn)或在工作臺上立即評估整個(gè)信號路徑解決方案。

在食品加工、水質(zhì)量管理以及化學(xué)處理等行業(yè)的精確pH值測量中面臨著(zhù)一些設計挑戰， 包括極端溫度變化、高輸出阻抗、偏移以及漂移等。TI稱(chēng)它的LMP91200可配置AFE提供了一個(gè)集成pH傳感器的AFE電路，可與所有現有pH傳感器連接，是傳感器與微處理器之間的橋梁( 圖7)，它以一個(gè)集成化的小尺寸解決了這些設計挑戰。

另外， TI 的LMP91050NDIR( 非分光紅外) 氣體檢測AFE 也支持多個(gè)溫差電堆傳感器，用于NDIR檢測、室內空氣質(zhì)量監測、按需控制的通風(fēng)、HVAC、飲酒呼氣分析、溫室氣體監測， 以及氟里昂檢測等(圖8)。

附文：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )采集更多真實(shí)數據服務(wù)于更多公用事業(yè)設施

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )( WSN )正在改變信息收集的方式，使我們更容易從現實(shí)世界獲取更多的數據。部署一個(gè)有線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的成本通常是傳感器本身成本的10~10 0 倍。據凌利爾特公司塵埃網(wǎng)產(chǎn)品部集團總裁Joy Weiss稱(chēng)，WSN的實(shí)際價(jià)值在于，你可以把一只傳感器放到任何地方，不僅是已經(jīng)有電源線(xiàn)和通信線(xiàn)路的地方，還包括任何想要測量或為一個(gè)系統增加控制點(diǎn)的地方。

Weiss舉了下面這些因WSN而實(shí)現的應用例子：

Vigilent根據其M3閉路控制技術(shù)，提供智能能源管理系統，用于數據中心、電信公司以及大型商用建筑。為了收集整個(gè)數據中心必要的溫度和濕度數據，傳感器要做廣泛和高密度的分布。然而，對數據中心來(lái)說(shuō)，對通信布線(xiàn)和電源布線(xiàn)做翻新是不現實(shí)的，成本高昂。Vigilent采用無(wú)線(xiàn)傳感器結點(diǎn)解決了這些問(wèn)題。Vigilent為自己的產(chǎn)品選擇了凌利爾特公司的DustNetworks SmartMesh解決方案，認為它是低功耗、高可靠性和強大安全性的關(guān)鍵成功要素。

Emerson Process Management幫助實(shí)現化學(xué)品、油氣、煉油、紙漿造紙、電力、水與廢水處理、金屬采礦、食品飲料、生命科學(xué)以及其它行業(yè)的生產(chǎn)、加工和配送的自動(dòng)化。Emerson的Smart Wireless產(chǎn)品與解決方案基于IEC 62591無(wú)線(xiàn)標準，采用了凌利爾特/Dust的SmartMeshWirelessHART產(chǎn)品，擴展了預測智能，超出了以前的物理與經(jīng)濟性范圍。

Streetline為城市、車(chē)庫、機場(chǎng)、大學(xué)以及其它泊車(chē)商提供智能泊車(chē)解決方案(如圖所示)，目標是通過(guò)采用傳感器的移動(dòng)與Web應用，使智能城市成為現實(shí)。Streetline需要一個(gè)足夠強健的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )解決方案，它能在嚴酷和動(dòng)態(tài)變化的街面情況下工作，街道可能既廣又密，可能數年時(shí)間不能更換電池。Streetline的智能泊車(chē)解決方案在一個(gè)覆蓋整個(gè)好萊塢/洛杉磯區的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )中采用了凌利爾特/Dust的SmartMesh技術(shù)。人行道里預埋的無(wú)線(xiàn)傳感器可跟蹤空出來(lái)的泊車(chē)位,然后將信息以無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送給智能手機用戶(hù)。