可編程式超低功耗數(shù)字調(diào)理芯片M8601的性能特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域分析

翠展微電子（上海）有限公司（Grecon）日前宣布推出一款針對(duì)人體被動(dòng)紅外（PIR）應(yīng)用的可編程式超低功耗數(shù)字調(diào)理芯片M8601。采用該芯片的數(shù)字式熱釋電探頭，通過(guò)該傳感器的陶瓷敏感元檢測(cè)出人體紅外輻射信號(hào)，探頭內(nèi)部的信號(hào)調(diào)理芯片再進(jìn)行數(shù)字化采樣、濾波以及邏輯運(yùn)算。通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器進(jìn)行配置，把經(jīng)過(guò)處理之后的數(shù)字信號(hào)或I/O信號(hào)以單線(xiàn)通信模式（兼容DOCI）傳輸給外部單片機(jī)或負(fù)載電路。在正常工作模式下芯片工作電壓范圍是1.4V-3.6V，芯片具有極低的功耗電流，在工作電壓3V條件下，整個(gè)探頭的功耗低于3μA。

M8601是一款超低功耗可編程信號(hào)調(diào)理芯片，可以根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際使用需求，通過(guò)外部單片機(jī)對(duì)其內(nèi)部的寄存器進(jìn)行配置，把芯片設(shè)置成人體移動(dòng)檢測(cè)模式，或者是PIR信號(hào)數(shù)字采樣模式。該芯片集成了傳統(tǒng)模擬探頭JFET的功能以及除電容以外的絕大部分周邊電路，外部電路極為精簡(jiǎn)（參看下圖1），專(zhuān)門(mén)為電池驅(qū)動(dòng)的無(wú)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳感器應(yīng)用場(chǎng)景量身定做。該芯片設(shè)計(jì)有兩個(gè)PIR輸入引腳，陶瓷敏感元可以采取差分輸入或者共模輸入方式與之相連。同時(shí)，芯片與外部電路的通信也只需要兩根信號(hào)線(xiàn)便可實(shí)現(xiàn)，即單片機(jī)對(duì)芯片的配置總線(xiàn)SERIN，以及芯片對(duì)外輸出的信號(hào)線(xiàn)INT/DOCI。

圖1M8601 可編程數(shù)PIR信號(hào)調(diào)理芯片， 結(jié)合了數(shù)字PIR芯片和智能人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)功能

在實(shí)際應(yīng)用中，可以利用芯片的低功耗以及可編程特性，把芯片設(shè)置成人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模式。當(dāng)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)有人體移動(dòng)時(shí)，探頭的敏感元識(shí)別到紅外信號(hào)之后傳輸給內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)調(diào)理芯片M8601。經(jīng)過(guò)M8601進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，最后輸出高電平的中斷信號(hào)，來(lái)喚醒外部電路或負(fù)載。該芯片目前處于量產(chǎn)狀態(tài)，可以批量向用戶(hù)提供DFN封裝、晶圓或者用戶(hù)定制的其他封裝形式的產(chǎn)品。

芯片的INT/DOCI是一個(gè)具有雙功能的引腳，可以同時(shí)用作運(yùn)動(dòng)觸發(fā)事件的中斷輸出以及原始PIR信號(hào)的輸出。通過(guò)對(duì)M8601進(jìn)行必要的編程使其工作在人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模式，當(dāng)M8601產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)事件之后，并通過(guò)INT/DOCI引腳輸出高電平信號(hào)給外部單片機(jī)。單片機(jī)收到這個(gè)信號(hào)之后，可以在不需要重新配置M8601的情況下，立刻進(jìn)入PIR信號(hào)讀數(shù)模式狀態(tài)，通過(guò)該引腳（INT/DOCI）直接讀取PIR信號(hào)的大小，進(jìn)一步判斷芯片檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)幅值是否超過(guò)了預(yù)設(shè)的觸發(fā)閾值。利用這一特性，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)防誤報(bào)功能。

M8601內(nèi)部包含有一個(gè)分辨率是14位的高精度ADC轉(zhuǎn)換器，通過(guò)相應(yīng)的設(shè)置，可以分別采樣PIR模擬電壓信號(hào)以及片上的溫度信號(hào)。然后通過(guò)片內(nèi)的數(shù)字電路進(jìn)行運(yùn)算和處理。芯片內(nèi)部邏輯電路再把經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后的數(shù)字信號(hào)或者運(yùn)動(dòng)觸發(fā)中斷信號(hào)傳輸?shù)絀NT/DOCI接口，最后，外部單片機(jī)識(shí)別到該信號(hào)之后再作進(jìn)一步處理。

除上述特點(diǎn)以外，M8601還具備獨(dú)特的防誤報(bào)功能。當(dāng)M8601配置在人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)工作模式條件下，一旦芯片檢測(cè)到人體移動(dòng)信號(hào)并且通過(guò)INT/DOCI接口發(fā)出Motion中斷，外部單片機(jī)識(shí)別到中斷信號(hào)之后無(wú)需重新配置，可以通過(guò)INT/DOCI接口立刻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集得到原始PIR信號(hào)。然后，單片機(jī)再按照預(yù)先設(shè)定的算法，對(duì)INT/DOCI接口采集到的PIR原始數(shù)據(jù)以及之前收到的Motion中斷信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，可以進(jìn)一步判斷是否為真實(shí)的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)還是誤報(bào)。芯片的這一功能在很多需要防誤報(bào)的應(yīng)用場(chǎng)景中非常重要，如監(jiān)控?cái)z像機(jī)、高端遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警器、紅外攝像機(jī)等等。詳細(xì)工作的時(shí)序圖如下圖2。

圖2 M8601防誤報(bào)功能：在Motion模式下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

主要特點(diǎn)：

· 芯片可編程檢測(cè)機(jī)制及工作模式

· 兼容模擬探頭及集成式探頭方案

· 寬電壓工作范圍1.4V-3.6V

· 極低的工作電流，3μA典型值

· 兼容差模、共模PIR信號(hào)輸入方式

· 內(nèi)置片上溫度傳感器可實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償

· 上電后系統(tǒng)可快速穩(wěn)定

應(yīng)用領(lǐng)域：

· 無(wú)線(xiàn)人體入侵探測(cè)器

· 電池驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用領(lǐng)域

· 應(yīng)急照明系統(tǒng)

· 紅外攝像機(jī)

· 工業(yè)領(lǐng)域安防、報(bào)警

· 智能樓宇、智能照明、智能家居

典型應(yīng)用電路：M8601與模擬探頭匹配使用

圖3 M8601外置模擬探頭工作模式

圖3的方案是M8601和結(jié)合傳統(tǒng)模擬探頭的典型應(yīng)用電路，模擬探頭檢測(cè)的信號(hào)經(jīng)前置硬件濾波電路之后傳給M8601的輸入級(jí)，然后M8601根據(jù)外部單片機(jī)的配置模式（通過(guò)SERIN引腳配置）進(jìn)行工作?？梢愿鶕?jù)用戶(hù)的實(shí)際需求，把M8601配置成數(shù)字采樣模式，或者是人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模式。芯片根據(jù)內(nèi)部運(yùn)算邏輯，輸出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)或者是中斷信號(hào)來(lái)喚醒外部單片機(jī)或者設(shè)備。在上面這個(gè)應(yīng)用電路中，芯片內(nèi)部的LDO （引腳是VPIR）是屏蔽的，在實(shí)際使用的時(shí)候，也可以把這個(gè)電源引出來(lái)給模擬探頭供電，進(jìn)一步地簡(jiǎn)化電路。

典型應(yīng)用電路：集成式PIR數(shù)字探頭

圖4內(nèi)部集成了M8601的可編程式PIR數(shù)字探頭

圖4的方案是內(nèi)部集成式了M8601芯片的PIR數(shù)字探頭。探頭與外部電路只需4個(gè)引腳相連，即電源VDD，“地”VSS，探頭配置端口SERIN， 以及中斷及信號(hào)輸出口INT/DOCI。系統(tǒng)上電之后，外部單片機(jī)首先通過(guò)SERIN接口對(duì)數(shù)字探頭進(jìn)行編程和配置，然后根據(jù)相應(yīng)的配置模式，通過(guò)INT/DOCI輸出對(duì)應(yīng)的信號(hào)。相比之前的數(shù)字探頭，采用M8601芯片的探頭功耗大大降低，外部電路也僅需要在靠近VDD引腳的地方增加一個(gè)陶瓷電容即可，電路非常簡(jiǎn)單。同時(shí)，獨(dú)特的防誤觸發(fā)功能以及自檢功能也為終端用戶(hù)以及探頭廠家?guī)?lái)極大的便利，不但提升產(chǎn)品性能的也節(jié)約了后續(xù)的檢測(cè)成本。

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