Обзор существующих микросхем, применяемых для разработки и производства датчиков физических величин
Сравнительный обзор с отечественными и иностранными микросхемами обработки аналогового сигнала, несущего информацию об измеряемой физической величине. Обработка данных, получаемых от резистивного сенсора деформации, установленного на мембране датчика.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.05.2021 |
| Размер файла | 25,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Институт микроприборов и систем управления Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники», г. Москва
Обзор существующих микросхем, применяемых для разработки и производства датчиков физических величин
Архипов Владислав Валерьевич - аспирант
Косолапов Михаил Александрович - аспирант
Аннотация
микросхема аналоговый сигнал датчик
Проведен сравнительный обзор с отечественными и иностранными микросхемами обработки входного аналогового сигнала, несущего информацию об измеряемой физической величине.
Ключевые слова: обработка входного сигнала, прецизионные датчики давления и температуры.
Для исследования характеристик датчиков давления и температуры рассмотрим микросхему 1913ВА025, которая предназначена для обработки входного аналогового сигнала, несущего информацию об измеряемой физической величине, усиления и оцифровки. Затем осуществляется пересчет полученного значения в соответствии с коэффициентами, записанными в память микросхемы при калибровке. В зависимости от формы выходного сигнала происходит разделение на датчики с цифровым и аналоговым выходом. Микросхема 1913ВА025 используется при разработке и производстве датчиков давления, температур, работающих в составе ВТ.
Разрабатываемые в настоящее время прецизионные датчики давления позволят обеспечить высокую точность измерения, в том числе на начальном участке рабочего диапазона, долговременную стабильность калибровочных характеристик, высокое быстродействие, широкий диапазон измерения входных сигналов, современные цифровые интерфейсы.
Микросхема 1913ВА025 обеспечивает:
обработку данных, получаемых от резистивного сенсора деформации установленного на мембране датчика;
обработку данных от встроенного сенсора температуры;
усиление сигнала от резистивного сенсора деформации аналоговым усилителем с задаваемым при калибровке коэффициентом усиления;
аналогово-цифровое преобразование сигнала с выхода аналогового усилителя сигнала резистивного сенсора деформации;
аналогово-цифровое преобразование сигнала встроенного сенсора температуры;
цифро-аналоговое преобразование кондиционированного сигнала давления и выдачу соответствующего аналогового сигнала.
Анализ применяемых в настоящее время в аппаратуре микросхем иностранного производства
Для создания датчиков давления и температуры аппаратуры ВВСТ применяются различные конструктивные и схемные решения. Широко распространены датчики с резистивным чувствительным элементом, такие датчики называют дифференциально-емкостными. Мембраны устанавливают на мембрану чувствительную к изменению давления. При давлении на мембрану она изгибается и изгибает мембрану, закрепленную на ней. Вследствие чего, сопротивление на них меняется и меняется величина тока в цепи. Так же применяются пьезоэлектрические, пьезорезонансные датчики.
Анализ применения в изделиях ВВСТ используемых датчиков показал, что востребованы микросхемы сбора и предварительной обработки аналоговых сигналов, имеющие ядро с RISC архитектурой, АЦП не менее 16 бит, аналоговый и цифровой выходы.
Из зарубежных микросхем для датчиков давления и температуры наиболее широко применяется продукция фирмы IDT(ZMDI) -ZSC31050.
В качестве аналогов используемой в настоящей работе микросхемы 1913ВА025 рассмотрим следующие микросхемы иностранного производства: MSP430F169 [1], ADUC848 [2], ZSC31050 [3], которые приведены в таблице 1.
Таблица 1. Сравнение микросхемы 1913ВА025 и зарубежных аналогов
|
Наименование параметра |
Изготовитель/изделие |
Единица измерения |
||||
|
АО “ЗНТЦ” 1913ВА025 |
«Texas Instruments» MSP430F169 |
«Analog Devices» ADUC848 |
«IDT» (ZMDI) ZSC31050 |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Разрядность |
16 |
16 |
16 |
16 |
-- |
|
|
Архитектура |
RISC |
RISC |
RISC |
RISC |
-- |
|
|
Объем ППЗУ |
32 |
60 |
62 |
-- |
Кбайт |
|
|
Объем ОЗУ |
2 |
2 |
2 |
-- |
Кбайт |
|
|
Интерфейсы |
UART SPI 1-wire TWI (I2C) CAN 2.0B DEBUG |
UART (2шт) I2C |
UART SPI I2C |
I2C SPI ZACwire 4-20 mA |
-- |
|
|
Тактовая частота |
Внутренний RC генератор - 6 Внешний кварцевый резонатор - от 2 до 8 |
от 0 до 8 |
от 0 до 12,58 |
до 4 |
МГц |
|
|
АЦП |
x.-\ - 4 канала (2 АЦП по 2 канала) |
SAR - 8 каналов |
ЈД - 1 канал |
1 канал |
-- |
|
|
Разрядность АЦП |
18 |
12 |
16 |
15 |
бит |
|
|
ЦАП |
1 -- с потенциаль-ным и токовым выходом |
2 - с потенциальный выход |
2 - с потенциа-льный выход |
1- с потенциаль-ным и токовым выходом |
||
|
Разрядность ЦАП |
12 |
12 |
12 |
11 |
бит |
|
|
Выходные уровни ЦАП |
0-2,4 |
от Vcc-0,05 до Vcc |
0-Uref |
0-5 |
В |
|
|
Таймеры |
2 по 16 разрядов |
2 по 16 разрядов |
3 по 16 разрядов |
-- |
-- |
|
|
ШИМ |
2 канала |
-- |
2 канала |
1 канал |
-- |
|
|
Датчик температуры (встроенный) |
+ |
+ |
+ |
+ |
-- |
|
|
Математически й сопроцессор |
+ |
-- |
-- |
-- |
-- |
|
|
Сторожевой таймер |
+ |
+ |
+ |
+ |
-- |
|
|
Напряжение питания |
от 2,7 до 3,6 от 4,0 до 40,0 (при работе от внутрен-него LDO через внешний транзистор) |
от 1,8 до 3,6 |
от 3 до 5 |
от 2,7 до 5,5 от 5,0 до 48,0 (при работе от внутрен-него LDO через внешний транзистор) |
В |
|
|
Ток потребления |
Не более 5 (при fACLK=1 МГц) |
0,28 |
4,8 (при С«ік=1,57МГц) |
Не более 4 |
мА |
|
|
Встроенный источник тока |
от 0,04 до 1,2 |
- |
0,2 |
2,75 |
мА |
|
|
Рабочие температуры |
от минус 60 до плюс 150 |
от минус 45 до плюс 85 |
от минус 40 до плюс 125 |
от минус 40 до плюс 150 |
°С |
|
|
Корпус |
Н16.48-1В (14,2х14,2) 5123.28-1 (6,5х6,5) |
QFN-64 (9,1 x 9,1) |
52-lead MQFP (14x14 ) |
16-SSOP (ширина 5,3) |
мм |
По результатам сравнительного анализа микросхемы аналоги (зарубежные) имеют схожую с микросхемой 1913ВА025 архитектуру ядра и разрядность. Микросхемой 1913ВА025 имеет наибольшую разрядность АЦП, а также обладает более широким набором интерфейсов, что позволяет применять ее в различных системах. Преимуществом является более широкий, по сравнению с аналогами, диапазон рабочих температур, а также наличие встроенного программируемого источника тока, что позволяет работать с датчиками, имеющими широкий диапазон сопротивлений моста.
Анализ применяемых в настоящее время в аппаратуре микросхем отечественного производства.
В качестве аналогов микросхемы 1913ВА025 рассмотрим микросхемы отечественного производства. Основные параметры микросхемы 1913ВА025 и отечественных аналогов 1986ВЕ4У [4], 1874ВЕ36 [5] приведены в таблице 2.
Таблица 2. Сравнение микросхемы 1913ВА025 и отечественных аналогов
|
Наименование параметра |
Изготовитель/изделие |
Единица измерения |
|||
|
АО “ЗНТЦ” 1913ВА025 |
АО“ПКК Миландр” 1986ВЕ4У |
ОАО “НИИЭТ” 1874ВЕ36 |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
Разрядность |
16 |
32 |
16 |
-- |
|
|
Архитектура |
RISC |
RISC |
-- |
||
|
Объем ППЗУ |
32 |
128 |
64 |
Кбайт |
|
|
Объем ОЗУ |
2048 |
16384 |
232 |
байт |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
Интерфейсы |
UART SPI 1-wire TWI (I2C) CAN 2.0B DEBUG |
UART (2шт) SPI |
Один синхронный Два асинхронных режима работы последовательного порта |
||
|
Тактовая частота |
Внутренний RC генератор - 6 Внешний кварцевый резонатор - от 2 до 8 |
Не более 36 |
от 3,5 до 20,0 |
МГц |
|
|
АЦП |
ЈД - 4 канала (2 АЦП по 2 канала, мультиплексирование) |
ЈА до 8 каналов SAR до 8 каналов |
8 каналов |
||
|
Разрядность АЦП |
18 |
ЕА - 24 SAR - 12 |
10 |
бит |
|
|
ЦАП |
1 - с потенциальным и токовым выходом |
1- потенциальный выход |
- |
||
|
Разрядность ЦАП |
12 |
12 |
- |
бит |
|
|
Выходные уровни ЦАП |
от 0 до 2,4 |
от 0,08 до Uref- 0,08 |
- |
В |
|
|
Таймеры |
2 по 16 разрядов |
2 по 16 разрядов |
2 по 16 разрядов |
-- |
|
|
ШИМ |
2 канала |
4 канала |
1 канал |
-- |
|
|
Датчик температуры |
+ |
+ |
-- |
-- |
|
|
Математический сопроцессор |
+ |
-- |
-- |
-- |
|
|
Сторожевой таймер |
+ |
+ |
+ |
-- |
|
|
Встроенный источник тока |
от 0,04 до 1,20 |
-- |
-- |
мА |
|
|
Напряжение питания |
от 2,7 до 3,6; от 4 до 40 (при работе от внутреннего LDO через внешний транзистор) |
2.2 - 3.6 |
5 |
В |
|
|
Ток потребления |
5, не более (при fACLK=1 МГц) |
21, не более (динамический ток потребления) |
100 (первый источник питания) 10 (второй источник питания) |
мА |
|
|
Рабочие температуры |
от минус 60 до плюс 150 |
от минус 60 до плюс 125 |
от минус 60 до плюс 85 |
°С |
|
|
Размер кристалла |
3x3 |
5,7x6,4 |
7,84x6,74 |
мм2 |
|
|
Корпус |
Н16.48-1В (14,2х14,2) 5123.28-1 (6,5х6,5) |
Н18.64-1В (18,3х18,3) 5153.64- 1(13,3х13,3) |
6108.68-1(28,5х28,5) 4235.88-1(19х19) |
По результатам сравнительного анализа микросхемы аналоги (отечественные) имеют схожую с микросхемой 1913ВА025 архитектуру ядра и разрядность. Микросхема 1913ВА025 единственная имеет в составе встроенный источник тока, что позволяет обеспечить ратиометрическое измерение, так как АЦП, ЦАП и источник тока запитаны от одного источника опорного напряжения. Также микросхема 1913ВА025 обладает самым низким энергопотреблением и более широким, по сравнению с аналогами, набором интерфейсов. Одним из преимуществ является наличие специализированного встроенного программного обеспечения (по аналогии с ZSC31050), которое работает в совокупности с программным обеспечением, устанавливаемым на персональный компьютер, и позволяет проводить настройку и калибровку микросхемы 1913ВА025, а также обработку и нормализацию данных.
Список литературы
1. Texas Instruments. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ti.com/product/MSP430F169/technicaldocuments--16-bit Ultra-Low-Power MCU, 60kB Flash, 2048B RAM, 12-Bit ADC, Dual DAC, 2 USART, I2C, HW Mult, DMA/ (дата обращения: 20.12.2019).
2. Analog Devices. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.analog.com/en/products/processors-dsp/microcontrollers/8052-core-products/aduc848.html#product-overview -- MicroConverter® Multichannel 24-/16-Bit ADCs with Embedded 62 kB Flash and Single-Cycle MCU/(дата обращения: 20.12.2019).
3. Integrated Device Technology. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.idt.com/products/sensor-products/sensor-signal-conditioners/zsc31050- advanced-differential-sensor-signal-conditioner-multiple-output-options--Advanced Differential Sensor Signal Conditioner with Multiple Output Options/ (дата обращения: 20.12.2019).
4. АО "ПКК Миландр". [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://milandr.ru/index.php?mact=Products,cntnt01,details,0&cntnt01productid=275&cn tnt01returnid=68 Разработка Центра Проектирования российской компании ЗАО "ПКК Миландр" - 32-разрядный RISC-микроконтроллер с 8-канальным 24- разрядным ЈА АЦП/.
5. ОАО "НИИЭТ". [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.niiet.ru/chips?id=159 -- 16-разрядный микроконтроллер с масочным ПЗУ/ (дата обращения: 20.12.2019).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Теоретический обзор существующих методов измерения влажности. Сравнительный обзор существующих подсистем контроля влажности, выбор датчика влажности. Описание датчика влажности QFM3160 и контроллера SYNCO 700. Разработка схемы и элементной базы датчика.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 13.10.2017Последовательность и методика разработки датчиков расстояния и касания. Принцип работы поверяемых датчиков и образцовых приборов (микрометра или индикатора часового типа ИЧ-25). Соотношение показаний поверяемого датчика. Обработка результатов измерений.
дипломная работа [947,7 K], добавлен 10.07.2012Обробка аналогового сигналу, розробка схеми, необхідної для коректного під’єднання до аналогового цифрового перетворювача (АЦП). АЦП як пристрій, який перетворює аналоговий сигнал на вході у цифровий сигнал на виході. Вибір датчика, опис роботи системи.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 16.09.2010Описание принципа действия аналогового датчика и выбор его модели. Выбор и расчет операционного усилителя. Принципа действия и выбор микросхемы аналого-цифрового преобразователя. Разработка алгоритма программы. Описание и реализация выходного интерфейса.
курсовая работа [947,1 K], добавлен 04.02.2014Радиоприемное устройство – необходимый элемент любой радиотехнической системы передачи сообщений. Оно обеспечивает: улавливание энергии электромагнитного поля, несущего полезную информацию. Усиление мощности сигнала и преобразование его в сообщение.
курсовая работа [106,9 K], добавлен 03.01.2009Подготовка аналогового сигнала к цифровой обработке. Вычисление спектральной плотности аналогового сигнала. Специфика синтеза цифрового фильтра по заданному аналоговому фильтру-прототипу. Расчет и построение временных характеристик аналогового фильтра.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 02.11.2011Моделирование процесса дискретизации аналогового сигнала, а также модулированного по амплитуде, и восстановления аналогового сигнала из дискретного. Определение системной функции, комплексного коэффициента передачи, параметров цифрового фильтра.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 07.01.2014Разработка специализированного вычислителя для обработки аналогового сигнала для: реализации его ввода, отображения результата на индикаторе, накопления по каждому каналу с усреднением по времени на интервале, вывода результатов по стандартному протоколу.
курсовая работа [518,8 K], добавлен 07.06.2011Обзор датчика силы: принцип работы, цепочка преобразования. Характеристика существующих аналогов. Моделирование упругого элемента. Расчет мостовой схемы. Метрологическая характеристика: чувствительность, погрешность установки. Чертёж и технология сборки.
контрольная работа [533,1 K], добавлен 20.06.2019Разработка линеаризатора сигнала первого датчика с гладкой и кусочно-линейной аппроксимацией. Определение величины устройства выделения постоянной составляющей из сигнала второго датчика. Разработка аналого-цифрового преобразователя; селекторы сигналов.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 18.02.2011Разложение непериодического сигнала на типовые составляющие. Расчет изображения аналогового непериодического сигнала по Лапласу. Нахождение спектральной плотности аналогового непериодического сигнала. Расчет ширины спектра периодического сигнала.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 13.01.2015Этапы разработки печатного узла датчика взлома двери. Обзор аналогов. Обоснование выбора электрической схемы. Расчет надежности, виброустойчивости, теплового режима, и других конструкторско-технологических параметров разрабатываемого устройства.
курсовая работа [521,7 K], добавлен 25.12.2015Общее понятие и классификация сигналов. Цифровая обработка сигналов и виды цифровых фильтров. Сравнение аналогового и цифрового фильтров. Передача сигнала по каналу связи. Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой для передачи по каналу.
контрольная работа [24,6 K], добавлен 19.04.2016Обзор существующих технологий доступа широкополосной передачи данных. Анализ стандартов предоставления услуг. Использование метода множественного доступа при построении сети. Расчет потерь сигнала и сетевой нагрузки. Настройка виртуального окружения.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 07.06.2017Краткий обзор существующих схем автоматов световых эффектов. Анализ существующих схем счетчиков. Особенности изготовления устройства бытовой аппаратуры, работающего в нормальных условиях эксплуатации. Экономическое обоснование и организация производства.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 08.04.2013Обзор цифровых синтезаторов сигнала: прямого аналогового и косвенного. Создание структурной схемы генератора. Регистр управления цифрового синтезатора частоты AD9833 и микроконтроллера AT90USB162. Аналоговая часть устройства и выбор его элементной базы.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 04.05.2015Патентно-аналитический обзор по датчикам измерения скорости, основания их классификации. Принцип действия и технические характеристики электромагнитных датчиков скорости. Использование эффекта Холла для конструирования датчика скорости автомобиля.
курсовая работа [607,5 K], добавлен 13.01.2015Сравнительный анализ существующих способов построения телевизионных камер на приборах с зарядовой связью (ПЗС). Этапы синтеза схем управления вертикальным и горизонтальным переносом зарядов в матрице ПЗС. Разработка блока обработки видеосигнала.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 27.11.2013Алгоритмы цифровой обработки данных. Схема устройства светомузыкальной установки на примере микроконтроллера ATmega8. Подача, приём и обработка звукового сигнала. Разработка гальванической развязки. Копия сигнала, который подается на высоковольтную часть.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 02.12.2014Расчет прохождения непериодического сигнала сложной формы через линейную цепь 2 порядка. Восстановление аналогового сигнала с использованием ряда Котельникова. Синтез ЦФ методом инвариантности импульсной характеристики. Расчет передаточной функции цепи.
курсовая работа [440,2 K], добавлен 14.11.2017
