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　　Σ-Δ型ADC在汽车安全系统中的应用

　　图3体现了Σ-Δ型ADC在MEMS传感器中的应用实例，包括三个方面：安全气囊、电子稳定系统、侧翻的稳定系统。　　

 

　　无论是安全气囊还是电子稳定系统或者侧翻的稳定系统，其系统设计原理都是基于用MEMS传感器来检测车的姿态。比如安全气囊，当碰撞发生的时候去检测这个碰撞所带来位移的加速度和减速度，当加速度达到一定程度，才能判断这是一个碰撞，而不是汽车本身的刹车带来的减速度，这里的MEMS传感器不只是检测信号，还作为一个决策者的角色而存在。

　　对于电子稳定系统，则要判断汽车在雪地上的转弯是不是还带有侧滑，汽车转弯时有一个角速度，当这个角速度达到一定的水平就是异常的侧滑而不是车辆本身的转弯。而侧翻的趋势也是一个角速度。这其中都会用到各种各样MEMS传感器，如加速度计和陀螺仪。

　　这些MEMS传感器由许多非常微小的微米级的小弹片组成，如上图3。当汽车发生碰撞或者有姿态变化的时候，加速度就会带来一个位移，这个位移就会带来一个电信号的变化，具体来说是电容信号的变化。通过这样的结构，就把动作的趋势转化成了电信号的变化，没有动作发生的时候，信号是0，当有动作的发生的时候，就输出信号，并且动作幅度越大，电信号也越大。

　　但是，MEMS传感器检测的电信号是非常微弱的，这就需要将它放大，然后才能用一定采样位数的转换器转换成数字信号输出，再送给单片机或处理器进行分析，才能得到具体的加速度数值。这就是传统的老一代MEMS传感器的架构，它包含一个驱动用以驱动机械MEMS的单元，然后再用交流做激励，将动作发生时候差分的电信号进行放大解调输出，所以这是一个模拟的信号，当外部动作带来位移变化的时候，通过MEMS的单元变成电信号直接输出。

　　技术在不断的演进，上述老一代MEMS传感器变得越来越过时，新一代的传感器设计面临很多新的挑战，比如：

　　1. 数据输出的接口有标准的要求(模拟接口向数字接口转变);数据安全性标准问题;

　　2. 测量范围的扩大(即同样的一个传感器单元要能够实现低量程到高量程的自适应);

　　3. 输出信号频带可选性(即位移发生时候的信号是很多频率信号混杂在一起的，有高频的，有低频的，因为碰撞是一个综合事件。而安全气囊要不要弹开?这就需要去判断特定频带下的一个信号);

　　4. 自测机制(传感器是整个判断机制的主要信息来源，根据传感器的数据来决定气囊是不是要弹开?那么这个决策如果错了，不弹开，那后果可想而知，但是不该弹开的时候弹开了后果也可想而知。所以传感器的数据必须可靠，所以必须有自测的功能);　　

 

　　5. 温度的补偿;零点的补偿等也都非常重要。这些要求如果纯粹用纯模拟的器件完成，虽然可以把精度做的很高，例如使用非常高性能的运放、调理电路，但是没法做出灵活性和可重复性。

　　而新一代MEMS传感器集成Σ-Δ型ADC后，由于Σ-Δ架构输出的是数字信号，所以可以非常方便的对其进行零点校正、温度补偿等，所有这些任务都可以在Σ-Δ型ADC内部实现。

　　汽车电池监控系统中的用武之地

　　ADI公司集成了16位Σ-Δ型ADC、FPGA和处理器内核的精密传感器SoC ADuC703x为用户提供了一个经济、高效的电池测量方案，可实现超高动态范围和精度的电流测量、电压测量、和温度测量。ADuC703x不仅可配合监控器IC来进行新能源汽车电池的监控，还在传统汽车的电池监控中有极高的市场占有率。

　　Start-Stop系统在汽车等红灯的时候，将发动机熄灭，而当绿灯亮的时候再点着，这样做的目的是不让发动机空转，还能省下很多油。这个应用目前在欧洲的使用率很高。而这个系统的大功臣就是电池传感器，有了它就能够知道电池的状态，从而为驾驶者下一步的动作提供依据。

　　该电池监控系统设计有一些非常苛刻的要求，需要将一个传感器安装在电池部位去精确的检测电池的电压、电流和温度，根据这些计算电池的电量状态。极宽的电流范围是很大的挑战，汽车启动时的电流达到几百安培的水平，而熄火的时候又只有几十毫安，从几百安到几十毫安几万倍的动态范围都得测。

　　一般是将检流电阻安装在电池充放电的回路里，电流流过产生非常小的电压，几毫安的时候电压才是微伏级。这么小的信号很难检测，所以需要将信号放大很多倍;而当汽车正常行驶的时候电流又很大，这时检流电阻上的电压很大，所以电池传感器要求有非常大的放大倍数和非常高的分辨率，并且因为动态范围很大，16位的ADC不够测量，还必须加上PGA，ADC与PGA两者相结合，调整放大倍数，才能测量从毫安级到百安级的动态范围。

关键词： ADI 传感器 Σ-Δ型ADC 201305