為什么你應(yīng)該考慮數(shù)字化傳感器技術(shù)？
我們生活在一個(gè)模擬的世界里。為了使我們設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)具有檢測周圍環(huán)境變化的能力，我們需要模擬傳感器。但是這些傳感器背后的處理幾乎都是在數(shù)字領(lǐng)域。雖然有些處理技術(shù)在模擬領(lǐng)域可能更節(jié)能，但轉(zhuǎn)換為數(shù)字技術(shù)提供了最大的靈活性，并開啟了物聯(lián)網(wǎng)的真正潛力。
為什么你應(yīng)該考慮數(shù)字化傳感器技術(shù)？
這不僅僅是轉(zhuǎn)換成數(shù)字，釋放了物聯(lián)網(wǎng)的力量；它是用附加元數(shù)據(jù)標(biāo)記這些值的能力。例如，壓力傳感器的值只有在我們知道讀數(shù)是在何時(shí)何地獲取的情況下才有用，這樣我們就可以將它與來自其他傳感器的信息關(guān)聯(lián)起來。通過將數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)結(jié)合使用，我們可以更好地了解我們周圍正在發(fā)生的事情，然后采取行動(dòng)。例如，壓力傳感器現(xiàn)在正被集成到智能手機(jī)中。其中一個(gè)應(yīng)用是使用環(huán)境氣壓的變化來確認(rèn)設(shè)備在世界上的位置。
有多個(gè)市場需要收集、解釋、處理和交付來自現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字化數(shù)據(jù)。聯(lián)網(wǎng)的家用電器可以將氣壓信息與溫度和其他環(huán)境信號(hào)結(jié)合起來，以優(yōu)化供暖和空調(diào)系統(tǒng)。工業(yè)環(huán)境時(shí)間序列壓力數(shù)據(jù)可以揭示關(guān)于系統(tǒng)運(yùn)行的重要信息。例如，在石油鉆探中，壓力隨時(shí)間的變化可以揭示泄漏和其他問題。遠(yuǎn)程服務(wù)器可以使用傳感器提供的信息來更新預(yù)防性維護(hù)應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序越來越多地利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來識(shí)別問題，以免問題變得嚴(yán)重。提供數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)(如每次讀取期間的時(shí)間和泵條件)的能力對于確保每個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)理解正確的上下文至關(guān)重要。
數(shù)字化數(shù)據(jù)還有其他更微妙的優(yōu)勢。通過摩爾定律，我們看到每次計(jì)算所需的能源逐年下降。我們至少可以期待下一個(gè)十年的數(shù)字縮放。我們還可以利用電路創(chuàng)新和數(shù)字設(shè)計(jì)的改進(jìn)來降低處理過程中的電壓。由于功耗與電源電壓成二次關(guān)系，我們的電路能夠減少的每一分之一伏特都會(huì)帶來更大的節(jié)能效益。
模數(shù)轉(zhuǎn)換發(fā)生在哪里？
傳統(tǒng)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的工作是采用模擬輸出傳感器，并將各種信號(hào)調(diào)理、放大和轉(zhuǎn)換元件添加到電路板設(shè)計(jì)中。這為他們提供了根據(jù)應(yīng)用需求匹配傳感器操作的靈活性。但許多設(shè)計(jì)師沒有時(shí)間來充分優(yōu)化界面，特別是在能耗方面。
通常，信號(hào)調(diào)理運(yùn)算放大器與輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的前端放大器之間存在復(fù)雜的關(guān)系。傳感器設(shè)計(jì)人員對其產(chǎn)品所要處理的信號(hào)有著深入的了解，能夠深入了解將輸出轉(zhuǎn)換到數(shù)字域的最有效方法。通過將數(shù)字轉(zhuǎn)換引入傳感器模塊本身，他們可以向客戶提供這種技能和理解。結(jié)果是加快了客戶的上市時(shí)間。
使用內(nèi)置數(shù)字輸出的傳感器優(yōu)點(diǎn)
傳感器和ADC的緊密集成降低了電噪聲耦合到接口的風(fēng)險(xiǎn)，確保了更高質(zhì)量的輸出。一個(gè)不太明顯的優(yōu)勢是對微控制器性能的影響。集成數(shù)字輸出的傳感器在固件層面處理起來更簡單。對于基于ADC的接口，固件需要能夠建立轉(zhuǎn)換，并在一個(gè)狹窄的時(shí)間窗口內(nèi)將結(jié)果數(shù)據(jù)移入存儲(chǔ)器緩沖區(qū)，以最大限度地降低時(shí)序抖動(dòng)的不利影響。數(shù)字傳感器可以使用諸如I2C的標(biāo)準(zhǔn)通信總線來與主機(jī)微控制器通信。傳感器模塊將緩沖記錄的數(shù)據(jù)，直到主機(jī)微控制器準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，從而降低了嚴(yán)格的時(shí)序要求。這可以轉(zhuǎn)化為更低的系統(tǒng)成本和更快的上市時(shí)間。
