目前傳感器系統已被廣泛用于各個主要行業，但傳統傳感器系統的開發時間往往長達數月。這是因為一個傳感器系統的設計要經過挑選傳感器、搜尋和分析元器件（目前的系統需要采用許多集成電路）、評估系統性能、線路布局和電路板裝配以及核實設計與建模等過程。日前，美國國家半導體公司（NS）推出了可配置的傳感器模擬前端電路可簡化設計流程，可使系統設計工程師在極短的時間內即可完成高集成度傳感器系統設計，大大縮短產品上市時間。
NS精密信號路徑產品部副總裁James Ashe表示，以往設計一個傳感器系統，需要幾周甚至幾個月的時間，而采用美國國家半導體的新產品和設計工具，設計時間則可縮短至幾分鐘。
器件特點
NS推出的這兩款可配置的傳感器模擬前端(AFE)IC的型號為LMP90100和LMP91000，兩款產品都采用了NS的獨創技術，并獲得多款全新設計工具的支持，系統設計工程師只要采用這兩款可配置的傳感器模擬前端電路，即可利用該公司WEBENCH傳感器模擬前端電路設計工具(WEBENCH Sensor AFE Designer)完成傳感器信號路徑設計。換言之，工程師可以利用這套設計工具挑選傳感器，進行設計，配置解決方案并將配置參數下載至傳感器模擬前端電路。目前一個典型的傳感器應用需要數塊電路板及多達25顆元器件，而采用NS的方案，則只需一顆芯片即可，設計時間則可縮短至幾分鐘。
James Ashe說，這兩款芯片各有特點，適用于各種不同的傳感器系統及應用領域，這些特點包括可編程的電流源、自選參考電壓、診斷功能、偏移/增益校準、以及可調整的采樣率。可配置功能能優化設計以確保符合特定終端應用的要求。
圖1，LMP90100應用案例框圖（壓力傳感器及熱電阻溫度傳感器）
NS WEBENCH傳感器模擬前端電路設計工具兼容多種技術規格，可以支持數百款溫度、壓力及化學傳感器，例如，RTD(熱電阻溫度傳感器）、熱耦傳感器、壓力傳感器、稱重傳感器和氣體傳感器等。并為傳感器信號路徑配置有關參數，傳感器驅動電流、參考電壓、增益、采樣率、警告。可以加快建模評估，即評估電路性能和設置診斷參數(開路、短路、信號電平) 、儲存配置數據等。系統設計工程師現可通過硬件接口使用離線版設計工具進行設計和測試，從而縮短設計時間，加快建模評估。工程師還可利用離線測試系統將設計的配置參數下載到傳感器模擬前端電路，將傳感器置入系統后，即可進行仿真測試。其數據庫涵蓋了 Omega Engineering.、Honeywell Sensing & Control、Tempco Electric Heater及All Sensors 等公司的眾多傳感器產品。
在開發系統中，通過置入傳感器，載入配置數據，評估信號路徑性能和優化設計，即可完成整個傳感器系統的設計。
技術規格
James Ashe稱，LMP90100芯片是業界首款可真正連續校準背景信號并做出診斷的24位、多通道、低功耗傳感器模擬前端電路，適用于高性能收發器及變頻器系統。NS專利的背景信號校準技術可以有效消除隨著時間及溫度變化而出現的漂移，并在不干擾被側信號的基礎上，確定偏移及增益誤差。
LMP90100除了內置24位的 Sigma-delta ADC外，還采用靈活的輸入（多路復用器）配置，因此可以支持任意比例的差分或單端輸入。每個傳感器的信號增益（包括1、2、4、8、16、32、64和128）、采樣率及診斷參數均可編程，該芯片還提供兩個匹配的驅動電流實現傳感器的驅動。LMP90100芯片的平均耗電低于平均值0.7mA，在 -40 ºC? +125 ºC的溫度范圍內可確保正常工作，上述特性可使這款芯片理想地用于溫度收發器或 4mA ? 20mA系統。
LMP91000芯片是業界首款可全面配置的低功耗恒電位儀，可在傳感器與ADC間提供一個高度集成的完整信號路徑。這款可配置的模擬前端電路適用于微功耗的化學物質及氣體檢測應用，如三極單一氣體傳感器及雙端氧氣傳感器等。LMP91000芯片測量恒電位儀中的電流，其大小與測量氣體的含量成正比。通過跨阻抗放大器，LMP91000生成與這一電流成正比的輸出電壓，從而推算出氣體含量。LMP91000允許用戶通過I2C兼容接口自行設置跨阻抗增益值， 因此能夠支持對含量介于0.5nA/ppm與9.5nA/ppm間的有毒氣體作出靈敏反應。此外，LM91000的功耗極低，因此適用于電池供電系統以及4mA?20mA的收發器系統。這款芯片的恒電位儀電壓和輸出增益都可根據設計要求自行設置，這令工程師可以探測更多的氣體種類，或者探測不同的氣體濃度，并確保設備的總系統電流損耗可低至1 0µA（平均值）。工程師也可通過I2C接口驗證傳感器性能，而內置的溫度傳感器則可提供附加輸出，以進行溫度監控。LMP91000芯片的工作電壓范圍在2.7V?5.5V之間。
應用案例
圖1是壓力傳感器及熱電阻溫度傳感器的應用案例。James Ashe一再表示，NS的設計理念就是“簡易設計”，幫助客戶縮短研發時間，加速產品的上市。今后NS還要推出面向各個細分市場的創新型、低能耗以及高效率產品和解決方案。