截至目前為止，基于傳感器的應(yīng)用設(shè)計要求為每一個系統(tǒng)量身定制優(yōu)化的模擬解決方案。這類設(shè)計工作少則數(shù)天，多則幾個星期，往往涉及很多環(huán)節(jié)，包括選擇相關(guān)組件并建立原型，以便隨后創(chuàng)建布局，然后為首批即將投產(chǎn)的印刷電路板（PCB）進行測試。為了避免一次又一次從頭開始每一個新的任務(wù)，包含硬件和軟件組件的解決方案被開發(fā)出來，其不僅簡化了設(shè)計工程師的工作，而且還可以在設(shè)計過程中節(jié)省時間。借助全新系列高精度傳感器模擬前端（Sensor AFE），設(shè)計工程師可以在短短幾小時內(nèi)為每個新的傳感器創(chuàng)建完美的解決方案。

1 傳感器模擬前端

單個傳感器模擬前端（AFE）不同于集所有功能與一身的“模擬FPGA”。“模擬FPGA”這種芯片有太多的弊端，因為需要大規(guī)模的封裝，芯片將會非常之大，這導(dǎo)致了昂貴的價格及大量的電能消耗。所以，它不符合設(shè)計人員的要求。

美國國家半導(dǎo)體公司開辟了新的途徑，為特定測量任務(wù)開發(fā)了量身定制的獨特集成電路，如測量/檢測溫度、氣體、壓力、pH值、幾種醫(yī)療計數(shù)、重量等。每一個與眾不同的集成電路都包含了針對具體測量任務(wù)的確切合適的功能，而沒有任何不必要的電子元件（ballaST）。在其測量的類別（如溫度）中，可以非常容易地用一個特定的器件匹配不同的傳感器。

2 前兩款傳感器AFE器件

就在幾個月前，有兩款傳感器AFE系列的器件推出：分別為用于溫度傳感器及低速橋型配置測量的LMP91000和用于氣體傳感器的LMP90100。

2.1 LMP90100

LMP90100提供了一個高度集成的8通道輸入多路復(fù)用器的組合，是一個帶有可調(diào)增益系數(shù)和24位Σ-Δ ADC的高精度放大器。器件包括電流源、電壓基準(zhǔn)和其他功能。圖1顯示了該集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：用戶可以根據(jù)傳感器和測量任務(wù)匹配圖中的所有彩色塊。

圖1 LMP90100內(nèi)部結(jié)構(gòu)

設(shè)計工程師能夠以二進制格式，在1～128之間調(diào)整隨后的放大器級增益。當(dāng)增益高于16時，緊接第一個放大器級之后的緩沖器可改善總的測量效果。但是，這個緩沖器會消耗額外的功率。設(shè)計人員需要根據(jù)具體應(yīng)用來衡量是否需要消耗額外的功率來改善測量結(jié)果。

24位Δ-Σ A/D轉(zhuǎn)換器的采樣率是為溫度測量而優(yōu)化的，在1.68和214.65樣本/s之間。每當(dāng)采樣率低于13.42時，芯片可保證無論是在50Hz或60Hz都不會出現(xiàn)失真。設(shè)計工程師可以單獨調(diào)整每個通道的采樣率。所提供的具體值對單端操作均有效。如果使用差分通道，設(shè)計人員要注意采樣率是通過差分通道劃分的。利用兩個差分通道，最大采樣率會因此達到214.65/2=107.33。用4個差分通道的采樣率將因此達到53.6625轉(zhuǎn)換次/s。

2.2 LMP91000

LMP91000是一個電流消耗非常低的純模擬解決方案，這使其特別適合便攜式應(yīng)用。LMP91000的平均功耗小于10μA，但是，當(dāng)與新的傳感器連接時，它能夠驅(qū)動高達10mA的電流。LMP91000可以將傳感器與作為原電池工作的兩個電極連接在一起，或者根據(jù)安培原則運作將傳感器與三個電極連接在一起。當(dāng)連接一個三電極傳感器時，LMP91000可作為一個恒電位器使用，當(dāng)連接原電池（對地或?qū)⒖茧妷海r，它也可作為一個緩沖器。適合這些傳感器的典型氣體示例列于表1。

像采礦、工業(yè)環(huán)境、消防部門、食品和醫(yī)療行業(yè)、石油和天然氣勘探/提取，以及水和廢水處理，許多領(lǐng)域都可以找到這些應(yīng)用。

圖2顯示了LMP91000作為一個恒電位器的作用。

圖2 LMP91000作為恒電位器使用