摘要: 给出了一个便携式数据采集系统的设计实例,大大简化了电路设计任务。
给出了一个便携式数据采集系统的设计实例,大大简化了电路设计任务。从7个组件减少到3个组件的设计具有更低的系统成本、更快的上市时间、更小的尺寸、更好的性能和更高的可靠性。
便携式测量系统的硬件设计比选择合适的IC来满足所需的电气性能要复杂得多。有许多权衡需要考虑。是否有尺寸限制与板的面积或高度?包括组件、组装和最终测试在内的总系统成本是多少?上市时间有多重要?所有相关的风险是否都已确定?什么是产品生命周期?产品将在什么环境下使用,可靠性要求是什么?一个极端是使用现有标准元件的离散设计,另一个极端是使用单个混合信号芯片的定制设计。下面将比较离散设计与使用MAX1407的设计。
图1显示了使用离散组件的便携式数据采集系统(DAS)的功能框图。该系统包括电源、电路和数字电路。电源来自电池,有一个稳压输出电压的电源。电池电压可以根据需要用A/D转换器测量,并且有电池和调节输出电压的复位电路。它包括前端(AFE)电路(可能包括D/A转换器、运放和开关)与电化学传感器接口,用于测量温度的热敏电阻电路,带有输入多路复用器的A/D转换器,以及用于AFE、热敏电阻和A/D转换器的参考电压。数字电路包括一个32kHz振荡器、实时时钟(RTC)和一个微控制器(µC),其中包括一个高频晶体、用于用户界面的外部中断、内部存储器,以及可能的其他外设,如液晶显示器(LCD)偏置和与LCD接口的驱动电路。
图1所示。便携式系统功能框图与离散的标准组件。
图1所示的传感器是配置在计数器配置中的电化学型传感器,其中工作电极(WE)通过FB1引脚偏置。FB1和OUT1之间的外部电阻将力/感测D/A转换器配置为一个跨阻放大器,以测量通过传感器的电流。参考电极(RE)通过FB2引脚偏置,反馈回路通过传感器阻抗关闭到OUT2引脚,以在变化的传感器电流下调节WE和RE之间的恒定电位。
图2显示了使用MAX1407的相同便携式DAS的功能框图,大大简化了系统设计。MAX1407包含AFE所需的所有电路,包括多路复用器、A/D转换器和基准电压。它也有能力测量电池和电源电压。还包括数字功能,包括两个复位电路,带RTC的32kHz振荡器,唤醒电路,电源控制和高频时钟输出来驱动µC。此外,MAX1407中的所有模块都可以通过串行接口单独控制和断电。所示的传感器应用程序只是这种灵活的AFE可以配置的许多方法之一。
图2。使用MAX1407/14的便携式系统功能框图。
使用MAX1407有很多好处(如果系统需求不同,也可以使用类似的设备,如MAX1408、MAX1409或MAX1414)。它们是更低的系统成本、更快的上市时间、更小的尺寸、更好的性能和更高的可靠性。见表1。
零件号 | ADC总输入 | ADC辅助输入 | ADC数据就绪中断信号 | 差分输入检测阈值(mV) | 强制/感应dac | 外部电源控制 | 三态数字输出 |
MAX1407 | 8 DIFF | 4 | 是的 | 0 | 2 | 是的 | 是的 |
MAX1408 | 8 DIFF | 8 | 是的 | 0 | 0 | 是的 | 是的 |
MAX1409 | 4 DIFF | 1 | 没有 | 0 | 1 | 没有 | 没有 |
MAX1414 | 8 DIFF | 4 | 是的 | 50 | 2 | 是的 | 是的 |
由于许多原因,系统成本较低。有更少的组件,导致较低的组件成本使用具有竞争力的价格的MAX1407。组装和最终测试成本将低得多,因为总插入成本较低,由于较少的组件,有更少的测试和验证在板级。此外,MAX1407中包含的功能消除了微控制器中的一些功能,例如RTC,复位和A/D转换器,从而可以选择更多的低成本微控制器。
由于设计和大部分系统设计已集成在MAX1407中,因此上市时间更快。电路板设计和调试时间将更快,因为需要管理的组件更少。一旦第一个设计已经完成,它将是非常容易衍生出新的设计,只要测量系统不显着改变。如果更改是在用户界面,软件功能,内存要求或显示,那么更改软件或选择同一系列中的另一个µC以在很短的时间内提供产品变化或改进功能是相当简单的。
系统尺寸应该更小,更容易适应所需的外形因素,因为印刷电路板上的组件和布线要少得多。性能应优于分立设计,因为功能模块已经过优化,可作为数据采集系统运行,如有必要,无需任何额外电路即可无缝连接µC和电源。由于组件较少,可靠性也得到了提高。
MAX1407/08/09/14系列结合了便携式或非便携式数据采集系统所需的所有和系统支持电路,并无缝连接到廉价的标准µC。表2显示了两种设计路径的比较,并在进行系统设计时定量地评估了需要考虑的六个重要项目。当综合考虑所有这些指标时,MAX1407为离散设计提供了卓越的解决方案。
度规 | MAX1407(2-3个IC) | 分立(6-12 IC) | |
表演 | * * * | ** | |
可靠性 | * * * | * | |
小尺寸 | * * * | * | |
上市时间 | * * * | ** | |
分拆的便利性 | * * * | ** | |
系统成本 | * * * | * | |
综合评分 | * * * | ** | |
请注意*是最差的,***是最好的,相对于其他解决方案。 |
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