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数字传感器技术突破灵敏度限制

日期:2019-05-23 08:15
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摘要:
数字传感器技术突破灵敏度限制
如今各种机器或系统使用了多种类型的传感器,其中图像传感器与麦克风传感器是比较有代表性的传感器。近年来,接触式传感器的需求也在大幅增加,从触摸按钮到触摸屏,可以说识别触觉的应用进入了一个新的世界。

 

传统的传感器的信号处理过程为:首先将从想要识别的对象所发出的信号转换成电子信号(电流或电压);然后在该信号被充分放大到具有非常大的增益后,将这些模拟信号转换成数字信号;*后按照上位系统要求的形式进行信号处理。这种传统的技术不但电路非常复杂,需要一定的电流消耗,而且在放大微小信号的过程中,各种噪声也会一起被放大,导致灵敏度限制问题。

 

为解决这些问题,ATLab公司开发了数字传感器技术。此技术的核心是,针对纯数字电路的阻抗变化的处理,并不采用复杂又细微的模拟技术,而是采用数字化的阻抗变化检测引擎(ICDE)技术。在介绍ICDE技术之前,本文首先介绍一些广为使用的各种传感器的工作原理。

 

这些传感器利用阻抗的变化来识别被识别对象的变化。例如,麦克风传感器通过识别声压引起的电容值变化来采集声音,压力传感器通过识别压强引起的电容值或电阻值的变化来识别压力。近年来,大范围使用的触摸传感器根据人体触摸时电容量的变化来识别是否有触摸产生。在如此多基于阻抗变化的传感器技术中,ICDE技术是一个划时代的技术。

 

ICDE技术适用于电阻性阻抗、电感性阻抗或电容性阻抗发生变化的传感器。图中给出了电容性触摸传感器的应用例子。图中接触使电容量CSEN发生变化,这种变化*终导致时间延迟。利用数字技术读取该时间延迟,得出由于接触而产生的电容变化的结果,因此ICDE技术可用在所有类型的阻抗可变型传感器中。

与传统的模拟传感器相比,采用纯数字技术的传感器有很多优点。这些优点包括:1.几乎不使用模拟技术,不但结构简单,而且只需纯数字电路,这使得传感器针对外部环境变化具有高度的稳定性以及动作可靠性。2.由于没有模拟电路,所以没有动作电压的限制,同时能将电流消耗减至*小。3.不需要高增益放大器或高频发生器便可实现高灵敏度,抗干扰性强。4. 不需复杂的信号处理路径,可提高信号采集速度。5.只需读取基准通道与信号采集通道之间的时间延迟,因此抗外部干扰性非常好。另一方面,用在手机中的传统触摸传感器容易受电磁干扰的影响而产生误动作。6.传感功能**采用数字技术实现,无需外部元件。

 

ATLab的数字接触控制器(DCC)系列的ATA2501和ATA2508就采用了ICDE技术。这些产品具有多个接触识别通道(6、9甚至12个通道),动作时的功耗仅有采用传统技术的产品的1/10左右,电流消耗小于100uA,待机电流消耗小于1uA。另外,它们不需要任何外部元件。

 

数字传感器技术在很多方面都具有**特性,其中*能突出**性的特性是它无需采用具有各种制约的模拟技术。这不但可以与不断发展的半导体技术相匹配,并且不需外部电容,这意味着可以*大程度地实现细微的传感器,并且传感器的尺寸以及电流消耗将随着半导体工艺的发展而减少。这种尺寸小、电流消耗小的传感器有望成为*适用于随时随地采集信息的普适传感器网络(USN)的技术。

 

本文对采用纯数字技术的传感器技术做了简单介绍。ATLab的DCC没有使用应用在传统传感器技术中的模拟技术,不但具有各种优点,而且还利用纯数字技术开发出了革新性的传感器产品。在该技术的各种优点中,可直接受益于半导体工艺的发展以及不需任何外部元件的优点,使该产品与其它使用了模拟技术的触摸传感器相比,具有很强的竞争力。

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