优化传感信号，汽车传感器调理芯片实现更可靠的传感检测

电子发烧友网报道（文/李宁远）传感器设计通常是具有一定挑战性的，而且十分耗时。整个传感器芯片的大批量生产需要有长期的开发、测试作为基础，并投入昂贵的生产测试设备进行验证。
 
传感器调理芯片SSC在这一阶段可以提供不小的助力，SSC通过提供可编程的、高精度、宽增益和量化功能，结合强大的高阶数字校正和线性化算法，可以高效推进传感器设计和量产流程。尤其是在汽车传感器设计和量产中，车载传感器对性能等各项指标要求较高，调理芯片能够对传感器信号进行补偿和处理，进一步提升汽车传感器的性能。
 
汽车传感与调理芯片
 
不同的物理量需要不同的传感单元，压力、扭矩、角度、流量、温度、湿度、化学量、气体量必须通过传感单元进行转换才能得到我们处理所需的数字信号。无论是通过电阻式的转换还是电容式的转换，又或者是电磁场等其他转换，转换后我们才能得到一个用于处理的数字信号。随着车联网技术发展以及智能驾驶要求的提高，汽车上的传感器数量迅速增加，而且对传感器测得的信号要求很严苛，经过转换得到的数字信号通常并不能直接用于处理。
 
首先通常来说测得的数据很难测量的毫伏级信号，同时它还有偏置，受温度的影响很大。在捕获物理量的时候，可能还有一些噪音和各种各样的干扰信号。这样得到的电信号送到中央处理器，处理器也不知道到底哪些是真信号，哪些是假信号，严重影响传感器的精确度。
 
这时候就引申出来调理的概念，对转换后的传感信号进行调理。调理芯片的分类按照前端电路的类型大致上分为电容和电阻，目前市面上更多的是用电阻型来做。经过调理后，会得到更纯净的线性化数字信号，便于后续的处理。
 
传感信号的调理
 
对传感信号进行调理时如何将有用的信号筛选出来，就涉及要对信号进行放大，对信号进行线性化处理，同时还需要有温度信号对传感信号进行温度补偿。然后再将传感信号的offset 进行调整，把一些噪音、EMC干扰拿掉，提高整体的精度。
 
同时，调理芯片还会加入一些诊断来帮助处理器做一些分析，比如桥路上有没有断路，有没有短路。处理器还会需要一些不同的信号类型，调理芯片要有一些相应的接口能进行转换。这些信息都可以通过调理芯片做相应的输出。调理前后，信号就从很原始的信号变成一个线性度非常好的数字信号，能够覆盖从几毫伏到几伏的范围。
 
以最常见的汽车压力传感为例，如下图所示，压力物理量通过惠斯通电阻桥进行传感信号的转换然后进入SSC。SSC调理芯片里面包含了三大块，第一块是模拟前端，第二块就是数字处理部分（里面相当于小型CPU），然后再到输出各种接口的一些转换部分。同时，在信号调理部分会有温度信号的加入，这主要是作为一个补偿信号给到芯片内部做相应的线性化补偿最后导出。左右两边这两根曲线的对比很明显，经过调理后的信号相当稳定，而且线性化程度很高，更易于后续的信号处理。
 

 
汽车压力传感的信号调理，瑞萨电子

 
像这种压力传感在汽车应用里非常多，而且应用的都是一些很关键的地方，比如动力总成系统里发动机进气等压力探测、刹车系统的压力探测等等，信号调理芯片对传感信号的有利于这种系统对压力信号进行利用。
 
汽车传感调理芯片
 
国外厂商瑞萨电子在调理芯片上布局已久，收购IDT后在SSC领域加大了发展力度，瑞萨SSC芯片适用于电阻桥，热电堆和差分或绝对电容等原理的传感器，在汽车传感领域有很丰富的调理芯片产品系列。
 

 
调理芯片产品，瑞萨电子

 
瑞萨目前在汽车传感调理芯片领域除了提高精度这种硬性指标，开始在功能安全方面做更多的认证，这也和目前汽车安全相关的一些领域要求越来越高有关。比如目前瑞萨主推的ZSSC4169已经满足ASIL-B/C的安全等级。
 
国内做这一块知名的厂商是纳芯微，在传感器信号调理专用芯片上有相当深厚的积累，目前也有不少车规级的传感器信号调理芯片——NSA（C）9260、NSC9262以及NSC9264系列。
 

 
纳芯微

 
NSC9262是LIN接口高可靠性汽车级阻式压力传感器调理芯片，其内部集成的压力通道和温度通道支持双路同时采样，可完全满足客户P+T压力和温度双路高精度测量的需求。NSC9264则是SENT接口高可靠性汽车级阻式压力传感器调理芯片，支持压力传感器的四点三阶非线性校准和二阶温度校准，能最大程度减少对外部组件的需求。
 
小结
 
在汽车传感调理芯片的选择上，既要关注输入信号的类型和区间、AD/DA转换精度、测量准确度等芯片特性，也要考虑数字校正和线性化算法的补偿能力。二者结合才能高效推进汽车传感器的设计。