工程師說 | ?瑞薩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化如何節(jié)省工業(yè)傳感設(shè)備的總成本

元件通用化還有一個(gè)好處，就是不僅可以降低元件的成本，還可以縮減今后的維護(hù)工時(shí)。特別是RX23E-A作為主要目標(biāo)的工業(yè)用傳感器設(shè)備，其具有產(chǎn)品生命周期長、規(guī)格多樣的特點(diǎn)，因此可以說通用化的好處是非常大的。關(guān)于RX23E-A的詳細(xì)介紹，請(qǐng)點(diǎn)擊文末閱讀原文查看產(chǎn)品頁。

通用化大致分為兩個(gè)方向。一種是同類產(chǎn)品之間的通用化。另一種是不同類別產(chǎn)品之間的通用化。本篇文章將介紹RX23E-A如何在不同類別產(chǎn)品之間實(shí)現(xiàn)通用化。

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工程師說 | RX23E-A MCU實(shí)現(xiàn)傳感器設(shè)備通用化的實(shí)例

經(jīng)常聽到有人說“不同類別產(chǎn)品之間很難實(shí)現(xiàn)通用化”。在不同類別產(chǎn)品之間很難實(shí)現(xiàn)通用化，是因?yàn)椴煌漠a(chǎn)品往往具有不同的成本結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的功能/性能。因此，為實(shí)現(xiàn)通用化而采用的零件未必是最合適的元件，這也是設(shè)計(jì)人員的一大煩惱。

對(duì)于此類在不同類別產(chǎn)品之間實(shí)現(xiàn)通用化的難題，RX23E-A有比較好的解決方案，下面進(jìn)行介紹。

示例1

壓力表和溫度計(jì)

第一個(gè)例子是溫度計(jì)和壓力計(jì)的通用化。

溫度和壓力是IA場景測量最多的物理量。特別是壓力計(jì)，它還可以應(yīng)用于流量測量和電平測量，所以能夠在各種場景中使用。因此，不少廠商同時(shí)生產(chǎn)溫度計(jì)和壓力計(jì)。

溫度計(jì)和壓力計(jì)在處理微型傳感器信號(hào)方面是相同的，但它們需要不同的電路功能。

IA溫度計(jì)常用的溫度傳感器是熱電偶和熱電阻（RTD）。熱電阻還包括兩線制、三線制和四線制。

壓力計(jì)使用的壓力傳感器主要有電阻式、電容式、振動(dòng)式，其中電阻式是主流。RX23E-A可以測量的是主流的電阻式。根據(jù)制造方法的不同，電阻式主要有半導(dǎo)體電阻式、金屬電阻式和應(yīng)變電阻式，但在應(yīng)用電阻橋這一點(diǎn)上是相同的。

RX23E-A可幫助實(shí)現(xiàn)溫度計(jì)和壓力計(jì)的通用化，以兼容多種傳感器。RX23E-A配備了激勵(lì)電流源（IEXC）、偏置電壓產(chǎn)生電路（VBIAS）、參考緩沖器（RBUF）、低端開關(guān)（LSW）等一系列溫度和壓力測量所需的功能。通過RX23E-A的這些功能可實(shí)現(xiàn)溫度計(jì)和壓力計(jì)的通用化，如下圖所示。

示例2

便攜式傳感器和固定式傳感器

第二個(gè)例子是固定式傳感器和電池供電的便攜式傳感器的通用化。

電池供電的便攜式傳感器根據(jù)其應(yīng)用，要求低功耗。另一方面，與便攜式傳感器相比，固定式傳感器對(duì)精度和高速性能的要求往往更高。ADC和放大器的噪聲性能和高速性能與器件的電流消耗成正比。因此，在需要低功耗與需要高精度高速性能的情況下，通常使用不同的器件。

對(duì)于此類需求相反的固定式傳感器和便攜式傳感器通用化，RX23E-A可提供幫助。RX23E-A的ΔΣADC具有噪聲性能優(yōu)異的正常模式和低功耗性能優(yōu)異的低功率模式。正常模式的消耗電流約為1mA，而低功率模式下的正常模式消耗電流約為400uA。通過使用不同的低功率模式，可實(shí)現(xiàn)固定式傳感器和便攜式傳感器的通用化，如下圖所示：

示例3

指示器與放大器內(nèi)置

傳感器的通用化

第三個(gè)例子是放大器內(nèi)置型傳感器和指示器的通用化。首先簡要介紹一下放大器內(nèi)置型傳感器和指示器。

對(duì)于某些測量對(duì)象，例如在狹窄的地方或振動(dòng)較大的地方，安裝較大型傳感器可能很困難。在這種情況下，傳感器會(huì)被安裝在距離測量對(duì)象最近的位置，而指示器會(huì)被安裝在距離測量對(duì)象較遠(yuǎn)的位置。當(dāng)傳感器和指示器以這種方式組合使用時(shí)，傳感器端和指示器端的配置可以分為以下兩種：

• 放大器分離型配置：傳感器端僅有傳感器元件或傳感器組件，相應(yīng)的信號(hào)處理全部在指示器端進(jìn)行；

• 放大器內(nèi)置型傳感器：傳感器端裝有信號(hào)調(diào)理器，傳感器端也能進(jìn)行信號(hào)處理。

*1 此處的傳感器是指不包含電子電路的傳感器元件或傳感器組件。

放大器內(nèi)置型傳感器具有傳感器和信號(hào)調(diào)理器一體式結(jié)構(gòu)，如右圖傳感器端所示。放大器分離型配置和放大器內(nèi)置型配置在很多情況下使用相同傳感器，所以要實(shí)現(xiàn)通用化是很正常的想法。

在通用化過程中，問題是如何選擇安裝在放大器內(nèi)置型傳感器中的零件。放大器內(nèi)置型傳感器要求電子元件安裝在有限的狹小空間內(nèi)。理想條件是不僅配備運(yùn)算放大器等模擬元件，還配備數(shù)碼元件，可將數(shù)字化信號(hào)發(fā)送給指示器。通過發(fā)送數(shù)字化信號(hào)，您不必再受到放大器分離型傳感器常見干擾噪聲問題的困擾。但是，現(xiàn)實(shí)中由于空間限制，很多情況下只安裝最小限度的模擬元件，如運(yùn)算放大器。

RX23E-A可解決此類安裝空間問題，并有助于實(shí)現(xiàn)通用化。RX23E-A將高精度24位ΔΣADC和MCU單片化到小型封裝中。因此，它可以作為放大器內(nèi)置型傳感器的信號(hào)調(diào)理器使用，也可以作為指示器的信號(hào)調(diào)理器和MCU使用。如此一來，如下圖所示，通過使用RX23E-A，實(shí)現(xiàn)了指示器和放大器內(nèi)置型傳感器的通用化。

以上介紹了3個(gè)示例。

通用化的困難之處在于商品化和差異化之間的平衡。通用化最終也會(huì)影響商品化，有可能無法靈活應(yīng)對(duì)市場需求。因此，在通用化過程中，我們希望選擇規(guī)格充足的元件，但過度規(guī)格化的元件可能會(huì)增加成本。在所有方面都達(dá)到平衡是非常困難的。RX23E-A提供了以下多種產(chǎn)品陣容，以靈活地滿足各類需求：

• ΔΣADC的裝載數(shù)：1 unit版，2 unit版

• 工作溫度范圍：-40℃到85℃，-40℃到105℃

• Package：48針QFP，40針QFN

• ROM/RAM：256KB/32KB、128KB/16KB

希望這些RX23E-A規(guī)格不僅能實(shí)現(xiàn)通用化，還能實(shí)現(xiàn)差異化。

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瑞薩電子 (TSE: 6723)

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