優(yōu)化傳感信號(hào)，汽車傳感器調(diào)理芯片實(shí)現(xiàn)更可靠的傳感檢測(cè)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）傳感器設(shè)計(jì)通常是具有一定挑戰(zhàn)性的，而且十分耗時(shí)。整個(gè)傳感器芯片的大批量生產(chǎn)需要有長(zhǎng)期的開(kāi)發(fā)、測(cè)試作為基礎(chǔ)，并投入昂貴的生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證。

傳感器調(diào)理芯片SSC在這一階段可以提供不小的助力，SSC通過(guò)提供可編程的、高精度、寬增益和量化功能，結(jié)合強(qiáng)大的高階數(shù)字校正和線性化算法，可以高效推進(jìn)傳感器設(shè)計(jì)和量產(chǎn)流程。尤其是在汽車傳感器設(shè)計(jì)和量產(chǎn)中，車載傳感器對(duì)性能等各項(xiàng)指標(biāo)要求較高，調(diào)理芯片能夠?qū)鞲衅?a target="_blank">信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償和處理，進(jìn)一步提升汽車傳感器的性能。

汽車傳感與調(diào)理芯片

不同的物理量需要不同的傳感單元，壓力、扭矩、角度、流量、溫度、濕度、化學(xué)量、氣體量必須通過(guò)傳感單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換才能得到我們處理所需的數(shù)字信號(hào)。無(wú)論是通過(guò)電阻式的轉(zhuǎn)換還是電容式的轉(zhuǎn)換，又或者是電磁場(chǎng)等其他轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后我們才能得到一個(gè)用于處理的數(shù)字信號(hào)。隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展以及智能駕駛要求的提高，汽車上的傳感器數(shù)量迅速增加，而且對(duì)傳感器測(cè)得的信號(hào)要求很嚴(yán)苛，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)通常并不能直接用于處理。

首先通常來(lái)說(shuō)測(cè)得的數(shù)據(jù)很難測(cè)量的毫伏級(jí)信號(hào)，同時(shí)它還有偏置，受溫度的影響很大。在捕獲物理量的時(shí)候，可能還有一些噪音和各種各樣的干擾信號(hào)。這樣得到的電信號(hào)送到中央處理器，處理器也不知道到底哪些是真信號(hào)，哪些是假信號(hào)，嚴(yán)重影響傳感器的精確度。

這時(shí)候就引申出來(lái)調(diào)理的概念，對(duì)轉(zhuǎn)換后的傳感信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。調(diào)理芯片的分類按照前端電路的類型大致上分為電容和電阻，目前市面上更多的是用電阻型來(lái)做。經(jīng)過(guò)調(diào)理后，會(huì)得到更純凈的線性化數(shù)字信號(hào)，便于后續(xù)的處理。

傳感信號(hào)的調(diào)理

對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行調(diào)理時(shí)如何將有用的信號(hào)篩選出來(lái)，就涉及要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性化處理，同時(shí)還需要有溫度信號(hào)對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。然后再將傳感信號(hào)的offset 進(jìn)行調(diào)整，把一些噪音、EMC干擾拿掉，提高整體的精度。

同時(shí)，調(diào)理芯片還會(huì)加入一些診斷來(lái)幫助處理器做一些分析，比如橋路上有沒(méi)有斷路，有沒(méi)有短路。處理器還會(huì)需要一些不同的信號(hào)類型，調(diào)理芯片要有一些相應(yīng)的接口能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這些信息都可以通過(guò)調(diào)理芯片做相應(yīng)的輸出。調(diào)理前后，信號(hào)就從很原始的信號(hào)變成一個(gè)線性度非常好的數(shù)字信號(hào)，能夠覆蓋從幾毫伏到幾伏的范圍。

以最常見(jiàn)的汽車壓力傳感為例，如下圖所示，壓力物理量通過(guò)惠斯通電阻橋進(jìn)行傳感信號(hào)的轉(zhuǎn)換然后進(jìn)入SSC。SSC調(diào)理芯片里面包含了三大塊，第一塊是模擬前端，第二塊就是數(shù)字處理部分（里面相當(dāng)于小型CPU），然后再到輸出各種接口的一些轉(zhuǎn)換部分。同時(shí)，在信號(hào)調(diào)理部分會(huì)有溫度信號(hào)的加入，這主要是作為一個(gè)補(bǔ)償信號(hào)給到芯片內(nèi)部做相應(yīng)的線性化補(bǔ)償最后導(dǎo)出。左右兩邊這兩根曲線的對(duì)比很明顯，經(jīng)過(guò)調(diào)理后的信號(hào)相當(dāng)穩(wěn)定，而且線性化程度很高，更易于后續(xù)的信號(hào)處理。

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汽車壓力傳感的信號(hào)調(diào)理，瑞薩電子

像這種壓力傳感在汽車應(yīng)用里非常多，而且應(yīng)用的都是一些很關(guān)鍵的地方，比如動(dòng)力總成系統(tǒng)里發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣等壓力探測(cè)、剎車系統(tǒng)的壓力探測(cè)等等，信號(hào)調(diào)理芯片對(duì)傳感信號(hào)的有利于這種系統(tǒng)對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行利用。

汽車傳感調(diào)理芯片

國(guó)外廠商瑞薩電子在調(diào)理芯片上布局已久，收購(gòu)IDT后在SSC領(lǐng)域加大了發(fā)展力度，瑞薩SSC芯片適用于電阻橋，熱電堆和差分或絕對(duì)電容等原理的傳感器，在汽車傳感領(lǐng)域有很豐富的調(diào)理芯片產(chǎn)品系列。

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調(diào)理芯片產(chǎn)品，瑞薩電子

瑞薩目前在汽車傳感調(diào)理芯片領(lǐng)域除了提高精度這種硬性指標(biāo)，開(kāi)始在功能安全方面做更多的認(rèn)證，這也和目前汽車安全相關(guān)的一些領(lǐng)域要求越來(lái)越高有關(guān)。比如目前瑞薩主推的ZSSC4169已經(jīng)滿足ASIL-B/C的安全等級(jí)。

國(guó)內(nèi)做這一塊知名的廠商是納芯微，在傳感器信號(hào)調(diào)理專用芯片上有相當(dāng)深厚的積累，目前也有不少車規(guī)級(jí)的傳感器信號(hào)調(diào)理芯片——NSA（C）9260、NSC9262以及NSC9264系列。

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納芯微

NSC9262是LIN接口高可靠性汽車級(jí)阻式壓力傳感器調(diào)理芯片，其內(nèi)部集成的壓力通道和溫度通道支持雙路同時(shí)采樣，可完全滿足客戶P+T壓力和溫度雙路高精度測(cè)量的需求。NSC9264則是SENT接口高可靠性汽車級(jí)阻式壓力傳感器調(diào)理芯片，支持壓力傳感器的四點(diǎn)三階非線性校準(zhǔn)和二階溫度校準(zhǔn)，能最大程度減少對(duì)外部組件的需求。

小結(jié)

在汽車傳感調(diào)理芯片的選擇上，既要關(guān)注輸入信號(hào)的類型和區(qū)間、AD/DA轉(zhuǎn)換精度、測(cè)量準(zhǔn)確度等芯片特性，也要考慮數(shù)字校正和線性化算法的補(bǔ)償能力。二者結(jié)合才能高效推進(jìn)汽車傳感器的設(shè)計(jì)。