TI的50年传感器之路：做更好的芯片，做优秀的TI Design

传感器是作为物理世界和电子世界的接口器件，在现代生活中扮演着越来越重要的角色，不管传统的工业电子、汽车电子还是新兴的物联网、智能家居，以及可穿戴 设备领域，传感器都充当着信息采集的终端器件。TI在此深耕50年，先发布温度传感器；研发出颗红外温度IC，即通过非接触式测温IC，其中 TMP006和TMP007得到市场的极大认可；是家通过非接触式，吸收红外测温的公司；TI的DLP技术在去年拿到了奥斯卡大奖，用于在各大影院里 做投影技术。

 

继这些产品之后，TI又推出了一款压力传感信号调节器PGA900。大家要问了，什么是压力传感器芯片调节器？TI半导体事业部中国区模拟业务拓展经 理朱文斌详细做了介绍，“压力传感器芯片是把前端压力应变片输入的非线性信号经过一系列处理变成线性输出，就是把非线性随着温度、压力变化的信号变成绝对 的线性输出，至于精度做得多高就取决于你线性度做得多好，这就是难点，其中涉及到把前端非线性信号进行ADC量化，量化的精度取决于里面ADC的精度，精 度越高量化的非线性越好。量化完这些非线性之后通过里面内核做非线性转到线性的处理，因此内核很重要。接着要判断信号出来通过怎样的输出接口？电压式0— 5V还是0-10V？或者工业类通用的4-20mA的重要输出？因此集成性很重要，因为一般的压力传感器只有小拇指大小。

 

压力传感器芯片调节器分析图

 

总之，一个好的压力传感器要具备三个特点：，它需要有个高精度采集前面非线性的桥式应变片信号以及温度信号；第二，要具有强大的内核，能做非线性到线性的处理；第三，整体芯片的集成性强，能做小型化。”

 

PGA900的强大之处在哪里？
既然优秀的压力传感器应该具有以上的三个特性，那么PGA900是否符合这样的要求呢？朱文斌指出，“PGA900集成了2个用于高分辨率信号采集的低噪 声24位模数转换器 (ADC) ，还集成了一个可用来提供高线性模拟输出的14位数模转换器(DAC)，以及多种输出接口。其中包括模拟电压、4-20mA电流回路、串行外设接口 (SPI) 、I2C、通用异步收发器 (UART)、和单线制接口(OWI)，从而为设计人员提供可以针对不同应用需求的选项。PGA900的集成电源管理还可满足3.3V至30V之间的外部 电源电压输入需求。”

 

模拟+MCU：更能满足工业4.0的未来需求

 

评估模块可以实现完整评估

 

随着客户对成本的要求越来越严格，芯片厂商只给客户提供芯片远远无法满足要求，因此TI做这款芯片时还定义好评估套件。如图所示，这个评估套件直接供电时 可以支持到30V电压模拟工业环境的应用，有个模块可以选择电流电压模式选择，4-20mA，可以很方便地用插线的方式改变它的配置。输入接口可以随意接 传感器的接口，因为里面有比较好的ADC和ARM，客户的前端传感器可以选择一些低成本、廉价的产品，因此开支可以缩减。

 

TI半导体事业部中国区业务拓展总监吴健鸿做强调，“讲到工业应用，TI的策略里为什么会挑这个市场去做？工业4.0近在热烈讨论，TI也特别看重工业 智能化领域，我们认为这个时间点特别需要在中国应用，因为中国的成本越来越高，工业自动化可以帮助很多工厂提高效率，提高竞争力。要做到工业4.0，控制 部分很重要，说到底控制部分要怎么样控制机械手臂或自动生产线，需要很多传感器在里面采集信息。”

 

“未来几年，在工业自动化领域里，对传感器的需求会越来越多。当然，不会像手机T-Sensor这么大的规模，但在生产或机械手臂里会有好几十或好几百个 传感器在里面，而且这些传感器都会分布在很多不同的地方，所以传感器的讯息出来以后你要把数据块传送到比较远的地方。所以，这些产品有必要整个MCU在里 面，一方面可以减小体积；另一方面当手机收集到数据以后，可以很方便地收集数据传送到控制的MCU，比如C2000或其他控制MCU部分。所以，在这个行 业里，工业自动化特别看好整合的产品，在未来你会看到，TI会有更多的传感器再加上MCU，或者模拟再加MCU，或者整合的IC。” 吴健鸿补充。

 

TI也有MCU，PGA900为什么偏爱Cortex- M0？

 

PGA900框架图

众所周知，TI是一个产品线丰富的公司，自主设计的MCU也有很多，那么PGA900中为什么选择了ARM的Cortex-M0,而不是自己的MCU呢？同样是ARM构架，为什么没有选择Cortex-M3或者Cortex-M4呢？

 

吴健鸿做出了解释，“，TI有很多不同的产品线，每个产品线本身策略不同，所以从外面看起来是TI，但是内部看起来，他们挑选IP部分都会有自己的选 择。第二，选择IP，重要的还是看应用，到底这个应用到底怎么样的配搭才是适合的。当我们在做一颗MCU或无线MCU时要考虑的就是MCU本身应用场 景需要尽可能广，有时候很简单的应用就会用到MCU，同时MCU应用会用到其它不同的地方，不同的地方会有不同的应用需求。所以，当我们做一颗通用MCU 时会考虑怎么样设计一颗MCU产品可以服务于广的客户群，因此我们对M3或M4产品的通用性能要求比较高。”

 

吴健鸿继续讲到，“对于PGA900这个应用来说，它把24位的模拟AD的数据采集回来做简单运算，再把这个讯息通过通讯口输出去或者ADC输送出去，如 果放一颗M4在上面就是一个overcoat，这样的情况下，我们按照应用和客户的需求去挑好的IP放在这个产品上，因此选择了Cortex-M0。 TI MCU策略不是说我们不会用M0，后面也有一些比较特别的MCU产品，不需要很高的性能，但对实时控制部分和简单性能有要求的话也会挑M0去用。”

 

TI Designs：针对具体领域，更专注
TI在出优秀芯片的同时不单单只局限于一颗芯片，还围绕这些芯片做了很多参考方案给客户，有原理图、方框图、PCB Layout，还有终测试，通过ISO认证的一些参考设计给到客户。比如，现在可穿戴设备很火，经常有一些温湿度测量节点的需求，无线传输的需求，TI 在这方面把已有这几种技术结合起来做出参考设计--拥有十年寿命的温湿度节点无线传的参考设计，它用一颗普通的钮扣电池就可以做到十年的寿命，用这个方案 远远比看到单颗无线芯片或一颗单颗温度IC更感兴趣。所以，TI Design给到终端客户加速它的研发进程，缩短它的研发时间，使得他们的产品在市场上更有生命力。