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1、数字测量芯片PS081在太阳能衡器和高精度数字传感器中的应用数字测量芯片PS081在太阳能衡器和高精度数字传感器中的应用boulifairy导语：数字测量芯片PS081的一个应用方向为太阳能衡器。数字测量芯片PS081的一个应用方向为太阳能衡器。与传统的电子衡器相比，采用acam公司的数字测量芯片PS081的太阳能衡器方案有着很多的竞争优势。由于传统的电子衡器的竞争点仅仅在于价格，导致中国的衡器厂商为价格战而拼尽了利润，很多厂商赔本赚吆喝，仅仅是为了维持生产线的运转。而采用PS081的太阳能衡器方案将给客户带来不同的竞争优势创新的产品理念、环保的产品内涵和极具竞争力的价格。在节能环保理念越来越
2、深化人心的今天，谁的产品更节能环保，谁就占据了这个市场的主流。因而，PS081在太阳能衡器上的方案是中国衡器厂商的最优选择，也是中国衡器厂商的新希望。数字测量芯片PS081的另一个应用方向为高精度、高性能数字传感器。相对于生产技术成熟，应用广泛的模拟传感器来讲，数字传感器目前还仅仅处于技术发展阶段。固然目前数字传感器已经能够应用标准的生产流程来生产，然而在同等的生产流程下，数字传感器和模拟传感器相比拟，并没有多大的优势。而采用数字测量芯片PS081的数字传感器方案，却能为数字传感器带来一个新的方向。通过全新的测量技术，来改良现有的生产流程，带来意想不到的效费比，使得无论在商业角度还是技术角度都
3、将为数字传感器的应用打开一个新的篇章。1、PS081单芯片数字测量芯片如图1所示，PS081是一款完全的单芯片方案，芯片本身带有acam公司专利的24位内部集成MCU单片机，2kx8-位的EEprom可擦除编程内部存储器，3k的ROM并带有强大的软件如48位乘法和除法或者2进制到7段码转换等。还集成了LCD驱动，用于电池低压检测的嵌入带隙基准电压，带有廉价的碳阻的温度测量端口，看门狗定时器，串行SPI接口等等。那么外部仅需要非常少的外部原件就能够设计出高性能高精度，低功耗的衡器。2、高精度时间测量原理2.1TDC时间数字转换器：PS081芯片采用来自于德国acam公司创新的PICOSTRAIN
4、测量原理，而其与其他数模芯片(A/D)最大的不同是，其内部测量是通过纯数字化的TDC时间数字转换器测量单元为核心来实现的。其测量原理如下：TDC核心测量单元的内部是利用信号通过逻辑门的绝对时间延迟来准确量化时间间隔的。也就是讲它计算了在一定的时间间隔内有多少个反向器被通过，在被测时间间隔内信号通过了多少个反向器。上图讲明了这种TDC的操作原理，非常智慧的电路设计，担保器件和在芯片上的特殊的布线方法，使准确而相等的逻辑门时间延迟成为了现实。测量结果的精度非常严格的依靠于芯片内部的基础逻辑门的延迟时间。测量精度从10皮秒到100皮秒能够通过简单的测量内核以及当代化的CMOS技术轻松到达。2.2PI
5、COSTRAIN测量原理：根据TDC的这种测量原理，德国acam公司将这种原理应用到了电阻应变的测量上，获得了非常好的效果，这种TDC和应变传感器测量的结合就是PICOSTRAIN测量原理。应变测量本身是通过测量放电时间来间接体现的。放电时间是测量应变电阻通过一个放电电容Cload放电来获得。正相变化和反向变化的应变电阻的放电时间都会被进行测量。两个放电时间的比值则会反映应变电阻的变化信息。时间测量是通过高精度内部时间单元TDC来完成的，最高能够获得15ps的测量精度。(通过平均能够到达0.5ps)。在PICOSTRAIN的测量原理中额外的专利电路和数学算法对于误差源如Rdson和比拟器的传播
6、延迟进行了补偿，结果的精度是非常高的，几乎没有增益误差和温度的影响。由于这种补偿我们定义了一次测量结果由8次充电放电构成。根据测量原理，PICOSTRAIN并不需要全桥形式，半桥式测量就已经足够。半桥的供电直接通过PICOSTRAIN的电路供电，不需要额外给应变电阻供电，而且参考电压也不要求。而通过脉冲驱动的方式PICOSTRAIN系统能够很容易的控制通过整个系统的电流，更重要的是相比数模转换器而言它极大限度的减少了整个系统的电流消耗，进而能够实现了超低功耗的设计！3、PICOSTRAIN革新的温度补偿方法PICOSTRAIN测量原理的基本就是通过传感器电阻对一个电容Cload进行放电，然后记
7、录放电的时间。将传感器链接成两个半桥，另外Rspan电阻连接到中间的一个半桥上，组成我们所称的PICOSTRAIN全桥连接。能够想象对于每个半桥的应变电阻进行放电，芯片内部就能够计算出当包括Rspan电阻的途径时间，通过这个时间就能够将Rspan电阻的时间变化计算出来，通过这个计算就能够很容易的获得Rspan的调整系数，通过和PS081芯片内部的增益补偿寄存器TKGain配合就能够很容易的实现温度补偿。为了调整增益和零点偏移，需要仅一次的温度试验来找出相应的系数，由于无需进行手动调整，整个调整经过能够在最终生产好传感器之后进行，调整的经过需要很少的时间，却能够非常的准确！参见下列图：4、高精度
8、、低功耗特性PS081的最大特性就是高精度和低功耗。那么和传统的ADC方案相比拟，PS081的功耗会怎么样呢?让我们来对PS081和目前市场上主流的ADC做一个功耗比照：电流消耗PS081ADS1230CS5532-BS在最高测量速度转换器电流不包括传感器0.39mA0.995mA16mA最大测量性能情况下包括传感器在内350R传感器4.5mA15mA30.3mA3000OMIL分度，5Hz情况下的整体电流消耗0.18mA15mA15mA通过上面的表格我们能够看出，无论是在高精度还是在高刷新率下，相对于ADC来讲，PS081的功耗都是最低的。这也是为什么我们的PS081能够应用于太阳能衡器的一
9、个原因。下面我们来再看一个图表：显示分度输出频率应变灵敏度工作电流在3V情况下衡器类型工作时间2.0003Hz6Hz1mV/V1K15uA25uA太阳能无需电池2.0005Hz1mV/V1K60A90A邮局称、人体秤、厨房秤、包裹称3.000hours(1xCR2032)5.0005Hz1mV/V1K120A220A高端邮局称、厨房秤、手掌秤1.500hours(1xCR2032)10.0005Hz1mV/V1K300A700A高端手掌秤、简单计数秤2.000hours(1xCR2430)15.000*5Hz1mV/V1K2.5mA6.0mA计价秤、高端商业称1.000hours(4xAACe
10、lls)*峰-峰值=6Sigma*900.000有效分度或8nVRMS噪声,工作电压3.6V最好应用350Ohm传感器，由于1kohm传感器的热噪声比拟差。PS081在10HZ以上的刷新频率下能够做到10万分度的衡器，而对于一般的衡器来讲其对刷新率要求并不是很高，所以对于acam的PS081来讲能够做到更高的分度，最高能够到达20万稳定显示分度！5、方案介绍5.1PS081在太阳能衡器上的应用采用PS081在低功耗上的技术优势，能够设计出太阳能衡器。目前世强电讯在太阳能衡器上的方案有太阳能人体秤和太阳能厨房秤两种：方案1、太阳能人体秤：人体秤精度：150Kg,分辨0.1Kg的测量精度超低的电流
11、消耗:-正常测量形式时最低整体电流消耗17A-在扫描形式仅8A在扫描形式也会有持续的测量,能够自动检测重量(Auto-On“)无需电池 “绿色产品环境保护的电子秤方案2、太阳能厨房秤：5000分度./3Hz厨房秤能够仅用太阳能电池板驱动(1mV/V,25A,单点厨房秤)10000分度./6Hz厨房秤带有2xAAA电池-6000工作小时能够应用半桥传感器没有任何精度损失5.2PS081在数字传感器中的应用今天的数字传感器提供了高灵敏性以及可替代性，但是传感器成本太高，应用PICOSTRAIN电路能够生产制造愈加简单而且廉价的将来数字传感器。PICOSTRAIN提供了革新的温度补偿测量，无需机械调
12、整传感器，温度补偿非常容易提高了传感器整体性能质量，能够知足OIML6000分度PICOSTRAIN单芯片为数字传感器提供了高灵敏性PICOSTRAIN测量原理能够灵敏配置调整高精度测量最高20万峰-峰值显示分度低功耗测量最低功耗小于20uA高速测量最高速度能够到达1000Hz单芯片解决方案让电路设计愈加紧凑与单片机或者接收器的通信可由SPI接口来完成结语PS081是德国acam公司的一项创新型产品，一经推出市场就给中国的衡器市场乃至世界的衡器市场带来了一个不小的惊喜。其低功耗和高精度的单芯片方案正符合了当前衡器市场发展的潮流，既符合了世界对节能环保产品的发展趋势，也为衡器技术的发展提供了一个很好的契机太阳能人体秤已经批量应用，太阳能厨房秤和其他的太阳能产品正在不断的推出市场，而数字传感器将是一个新的开端！0