物联网以及大量的脱机便携式设备和个人电子产品带来了许多新型应用,对下一代智能感应和测量技术创造了巨大的需求。这些应用有许多共同的要求,例如高敏感性、极低的电流探测与超低功耗——因为许多此类应用使用电池运行,外形尺寸非常小。

另外,许多先进的传感器和测量设备产生非常低的电流作为输出信号,最终必须进行数字处理。在处理之前,低电流信号必须放大,转换成电压信号,然后由模数转换器(ADC)进行处理,再输出到其他处理器上。大多数情况下,处理器为微控制器(MCU)。

大多数现成的运算放大器无法放大或转换上述新型传感器产生的低电流输出信号,因此最能满足这些应用需求的是互阻抗放大器(TIA)。不幸的是,许多分立TIA输入漏电流较高,这为TIA能够放大和转换成电压信号的电流设定了最低限制。

因此,例如许多标准TIA的输入漏电流约为5nA。所以,任何输出电流低于5nA的传感器无法使用这些标准TIA进行转换和放大。着这一问题的一个较有前景的解决方案是通过注意微控制器的低漏电流优化TIA。如果漏电流可以达到低至50pA,可以在此基础上改善TIA的输入漏电流100倍。将这种解决方案与产生低电流输出信号的传感器结合就可以得到智能、超级敏感的感应子系统,能够监控非常微弱的电流。传感器监控的参数非常细微的变换就能够引起传感器输出电流的较小的调整。换而言之,感应子系统比以前任何时候都更敏感。

 

 

这种微控制器+TIA解决方案适用于广泛的应用。烟雾探测器或一氧化碳或二氧化碳有毒气体探测器等环境感应系统对空气中极少量的烟雾或一氧化碳都非常敏感。当然,建筑自动化系统也可能采用这种探测器,系统中其他应用也可以采用相同的微控制器+TIA技术。例如,智能恒温器能够监控温度和湿度,或者无线开关能够监控和控制室内电灯消耗的电量。甚至智能手表或健身活动跟踪器等可穿戴电子设备都可以采用感应子系统。例如,皮肤敏感的人可能对能够感应紫外线光照的智能手表感兴趣,避免太阳晒伤皮肤。电源监控是另一个对许多用电池运行的设备而言变得非常重要的应用,用电池运行的设备今天非常流行。基于微控制器+TIA的解决方案能够监控流出电池的电流,计量电池剩余电量,当电池需要充电时向用户发送警告。

很明显,该解决方案的应用范围十分广泛。在未来几周或几个月,我们将讨论如何执行其中的一些应用。

顺便提一下,如果您认为微控制器与集成TIA的组合适合您的应用,请查看MSP430FR2311 MCU

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