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瑞薩設(shè)計標準化如何節(jié)省工業(yè)傳感設(shè)備的總成本

發(fā)布時間:2023-06-12 來源:瑞薩電子 責任編輯:wenwei

【導讀】元件通用化還有一個好處,就是不僅可以降低元件的成本,還可以縮減今后的維護工時。特別是RX23E-A作為主要目標的工業(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,因此可以說通用化的好處是非常大的。


通用化大致分為兩個方向。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)品之間實現(xiàn)通用化。


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經(jīng)常聽到有人說“不同類別產(chǎn)品之間很難實現(xiàn)通用化”。在不同類別產(chǎn)品之間很難實現(xiàn)通用化,是因為不同的產(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)計人員的一大煩惱。


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


示例1:壓力表和溫度計


第一個例子是溫度計和壓力計的通用化。


溫度和壓力是IA場景測量最多的物理量。特別是壓力計,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,不少廠商同時生產(chǎn)溫度計和壓力計。


溫度計和壓力計在處理微型傳感器信號方面是相同的,但它們需要不同的電路功能。


IA溫度計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。


壓力計使用的壓力傳感器主要有電阻式、電容式、振動式,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)用電阻橋這一點上是相同的。


RX23E-A可幫助實現(xiàn)溫度計和壓力計的通用化,以兼容多種傳感器。RX23E-A配備了激勵電流源(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的這些功能可實現(xiàn)溫度計和壓力計的通用化,如下圖所示。


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示例2:便攜式傳感器和固定式傳感器


第二個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,可實現(xiàn)固定式傳感器和便攜式傳感器的通用化,如下圖所示:


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示例3:指示器與放大器內(nèi)置傳感器的通用化


第三個例子是放大器內(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。


對于某些測量對象,例如在狹窄的地方或振動較大的地方,安裝較大型傳感器可能很困難。在這種情況下,傳感器會被安裝在距離測量對象最近的位置,而指示器會被安裝在距離測量對象較遠的位置。當傳感器和指示器以這種方式組合使用時,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)的信號處理全部在指示器端進行;


放大器內(nèi)置型傳感器:傳感器端裝有信號調(diào)理器,傳感器端也能進行信號處理。


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*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)字化信號發(fā)送給指示器。通過發(fā)送數(shù)字化信號,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,如運算放大器。


RX23E-A可解決此類安裝空間問題,并有助于實現(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)置型傳感器的信號調(diào)理器使用,也可以作為指示器的信號調(diào)理器和MCU使用。如此一來,如下圖所示,通過使用RX23E-A,實現(xiàn)了指示器和放大器內(nèi)置型傳感器的通用化。


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以上介紹了3個示例。


通用化的困難之處在于商品化和差異化之間的平衡。通用化最終也會影響商品化,有可能無法靈活應(yīng)對市場需求。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)格化的元件可能會增加成本。在所有方面都達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)格不僅能實現(xiàn)通用化,還能實現(xiàn)差異化。



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