数字TO39 QFCE系列四引脚操作

1. 简介

KEMET 的原始数字火焰传感器采用 8 个引脚的表面贴装封装，提供额外的信号，为设计工程师提供更大的灵活性。

本应用说明介绍了 KEMET 所需的硬件和操作要求QFCE传感器当仅使用 4 个引脚时（与QFS和QFSM系列）。

操作差异源于 TO-39 封装上可用引脚的减少。因此，需要改变操作方法以方便正确操作。本文档介绍其他周围电路的一些选项。它应与相应的文档应用说明 – 数字 TO39 QFCE 系列 TO 软件一起使用，以了解软件差异和文档贴片传感器参考手册.

薄膜热释电红外传感器的数字系列在最小的 SMD 封装或 TO39 封装中结合了高性能和高水平可配置的电子集成。

KEMET 的 QFCE 热释电火焰传感器将高灵敏度与快速响应时间和高动态范围相结合，可确保快速准确地检测附近或更远距离的大小火焰。

这些高灵敏度火焰探测器集成了数字前端电路，以提供检测火焰事件所需的所有相关模拟电子设备。然后，可以通过直接连接到微控制器来插值这些事件。所有这些都在行业标准的TO39封装中实现。

薄膜 PZT 基板可实现行业领先的响应时间，在 3 至 30 Hz 的整个火焰闪烁频率范围内提供高响应度。行业标准 I2C 通信接口提供与微控制器的即插即用连接。它还允许通过可编程增益和滤波轻松调谐和校准，在系统设计层面提供最大的灵活性。

2. 传感器连接

图1 –数字贴片传感器

图2 –数字TO传感器

上图显示了可用于 KEMET 的 SMD 或 TO 数字传感器的连接。数字TO在功能上等效于仅使用4引脚连接的SMD版本。TO封装仅允许V+，GND和I2C 线。这意味着无法访问可在SMD版本的传感器中使用的以下引脚。

 

1. 国际

2. 同步

3.    CLK

4.CS

 

以下各节介绍这些引脚的使用以及引脚数量受限对功能减少的影响。

2.1 国际

SMD 传感器上的 INT 引脚向连接的 MCU 指示 FIFO 中有可用数据，可以使用适当的 I 读取数据2C 命令。无法访问 INT 引脚意味着必须使用 FIFO 状态命令检查 FIFO。

如 SMD 传感器参考手册第 13.3.3 节 FIFO 状态数据包中所述，FIFO 状态数据包包含返回字节的位 0 中的中断引脚状态，可用于轮询 FIFO 状态。此外，这意味着任何睡眠/唤醒功能都需要通过轮询来完成。

图3显示了可访问所有引脚的SMD传感器正常工作期间的逻辑分析仪结果。

图3 –中断引脚操作模式

由于器件与来自主机的同步信号以菊花链方式连接，所有传感器都同时变为低电平，使所有传感器采样。当从每个器件读出数据然后清除FIFO时，INT线一次变低。我2一旦MCU检测到INT线路状态，就会开始读取数据的C命令。

图 4 显示了正在检查的 FIFO 状态以确定数据可用性。

图4 –FIFO状态轮询操作

上图显示了三个FIFO状态检查，返回对应于无数据的FIFO状态，然后是指示有可用数据的最终FIFO状态检查，然后读取数据并依次清除每个FIFO。

2.3 同步和 CLK

SMD 传感器上的这些引脚可在多个传感器之间同步采样。在 4 引脚操作下，每个传感器使用其内部 CLK 和 SYNC 信号，因此必须按照 SMD 传感器参考手册第 13.3.5 节模拟前端数据包中的说明配置 AFE 寄存器，将每个数字 TO 传感器设置为主传感器。

此配置具有消除以菊花链方式连接传感器的功能的效果。它们是独立时钟设备。

2.2 CS

片选引脚在 4 个引脚连接的传感器中也不可用。CS在内部直接连接到数字TO传感器上的正电压输入。因此，当电源电压接通时，CS信号变为高电平。

如果多个传感器由同一电源供电，则需要一种方法通过按顺序打开设备来重新寻址分离的设备。本文档的第 3.2 节讨论了此顺序。

3. 解决方案

数字TO封装上的引脚数量有限，这意味着SMD传感器的功能子集是可访问的。解决方案分为两个部分：初始化和操作。

3.1 初始化 – 打开和关闭传感器

在 KEMET 数字 TO 火焰传感评估套件 USEQFCK9000000 上，MCU 的数字输出控制连接到 MCU 的每个传感器的单独电源开关。如果任何单个火焰传感器需要复位，这些电源开关有助于控制单个传感器。

如果MCU复位，则应同时复位所有火焰传感器。传感器电源开关应确保VDD引脚被拉到地，而不是悬空。浮动电源不允许在传感器内进行正确的复位时序，因此，如果控制不当，可能会产生不利影响。

电源开关原理图如图7所示。图 6 和图 8 中都有与此相关的联系。

除了控制每个传感器的功率外，I2C 时钟引脚也必须控制。出现此要求的原因是数字 TO-39 封装上缺少芯片选择 （CS） 信号。

如果在同一通信总线上使用多个传感器，则需要对每个设备进行重新编程，以具有唯一的I2C 地址。这是通过控制每个 I 来执行的2C时钟线到各个传感器。对时钟线的控制还可以防止设备由 I 供电2C 总线，当传感器的电源复位时。

3.2 初始化 – 独立寻址设备

在我们的 QFS 和 QFSM 系列 SMD 器件上，通过一次设置一个器件的 CS 并重新寻址每个器件来初始化传感器，直到所有传感器在2C总线。

数字 TO-39 设备的操作不同，因为所有传感器都有一个电源开关。解决方案是使用可以允许或拒绝访问I2每个传感器的 C 时钟信号。尽管数据将发送到所有传感器，但2C 硬件未计时，传入数据未读取。

有了这个额外的硬件，可以使用与数字演示板相同的代码，因为用于激活芯片选择的相同信号用于控制接收I的传感器2C 时钟。

如果在同一设备上使用多个传感器2C总线，每个设备都需要一个唯一的I2C 地址。通过执行以下顺序可以实现正确的操作。

确保传感器已正确复位，然后使用对 I 的控制2C 时钟线，禁用您未尝试为其重新编程关联的 I 的所有设备2C 地址。

重新编程 I2C 地址符合 SMD 传感器参考手册和您所需的地址。完成后，使该设备保持打开状态并重新启用 I2C 时钟线连接到要编程的链中的下一个设备。对 I 上的每个设备执行此过程2C 总线，确保链中的每个设备都有一个唯一的地址。

KEMET 传感器不包含闪存，因此每次传感器的电源中断时，都应确保重置并重新编程每个单独的2C 地址。如果无法重置或重新编程设备，则在向每个传感器读取或写入数据时会导致随机故障。

3.3 数据的操作检查

使用数字SMD传感器，MCU有多种方法来确定FIFO中是否有数据。

1. 使用传感器的 INT 引脚和 MCU 中的中断。

2. 使用传感器的 INT 引脚并使用 MCU 轮询它。

3. 使用 I2C FIFO_Status命令并检查与 INT 状态对应的位。执行此操作实际上是轮询FIFO_Status。

由于前两个需要传感器的INT引脚，因此不能用于4引脚操作，因此检查FIFO中是否有数据的唯一方法是使用I2C FIFO_Status命令。

这里值得提醒的是，在轮询FIFO_Status时，I2正在使用 C 总线。因此，检查FIFO_Status的频率应保持在最低限度，以改善电源使用。

例如，这已在数字TO评估套件中通过中断实现，该中断使用电流采样速率和功率模式来确定其检查频率。

缺少同步传感器采样会在FIFO轮询数据读出模式下产生以下结果。最窄的我2C 数据包对应于在 FIFO 中具有数据的任何传感器，最宽的数据包对应于在 FIFO 中具有数据的所有传感器。另一个我2C 数据包对应于 FIFO 状态检查，这些检查仅返回具有可用数据的传感器子集。

图 5 – FIFO 轮询 – 非同步采样的影响

由于传感器是独立时钟的，因此每个传感器的数据可用点是不同的。在设计读取传感器的固件时必须小心，以避免丢失数据。

3.4 演示板电路原理图

图6 –MCU连接

图7 –电源开关

图8 –传感器时钟开关

3.4.1 评估套件原理图注意事项

图9 –数字传感器插座

开发人员应注意 I2C 引体向上和 I2C 时钟开关从电源开关的输出接收 3.3 V（通过 MCU 控制）。

结果是当数字传感器没有对其V施加3.3 V时供应针。然后，其他数字IO引脚可以通过内部保护二极管馈入传感器ASIC的3.3 V电源轨。但是，如果没有3.3 V电源，则其他引脚上超过0.6 - 0.7 V的任何电压都将馈入3.3 V电源轨，因此器件可以通过I2C 线。为避免这种情况，它们一直保持低电平，直到提供3.3 V信号。

4. 低功耗应用电路

以上描述适用于当前版本的 KEMET 演示板。选择此示例是为了降低组件成本。但是，这确实意味着无法实现睡眠模式的最低电流消耗。

在低功耗应用中，对每个传感器的电源和时钟的单独控制将大大降低最终应用的功耗。

仅当火焰传感器高于某个阈值时，该套件才应主动分析数据，并将数字TO火焰检测评估套件的预期使用情况作为不同电路选择的功耗性能差异的示例。这意味着传感器可以处于睡眠状态，并使用SMD传感器参考手册第13.3.7节中描述的唤醒参数。如果您不熟悉 WUP 数据包，建议使用火焰感应评估工具（数字）软件，因为它包含有用的可视化辅助工具来设置和测试参数。此评估工具软件可用于在此下载.

4.1 TO 火焰传感评估套件（数字）– USEQFCK9000000

如上所述，理想情况下，除非在传感器输出端检测到被认为是火灾的事件，否则火焰传感评估套件大部分时间都应处于睡眠状态。在这种情况下，如果信号电平只是噪声，则设备应保持睡眠状态。WUP 数据包确定唤醒条件所需的信号级别。如果所有三个器件都在数字TO火焰检测评估套件上休眠，则传感器系统的最小电流消耗约为18.2 μA。但是，由于仅关注火焰传感器信号以确定唤醒事件，因此其他两个设备可以断电。这种情况将使睡眠状态电流消耗为7.3 μA。

上述降低到最低电流消耗的缺点是额外的硬件成本。本文档第 3.4.1 节显示 I2C 无法连接到断电设备。否则，3.3 V通过保护二极管馈入传感器的Vcc轨。因此，如果每个设备可以独立地具有电源，则还需要具有I2C线仅在通电时连接。此操作将避免 ASIC 中寄存器未正确初始化的问题。此操作意味着应该有一个幂和两个 I2每个传感器的 C 信号开关。

表 1 – 组件成本和相应的电流消耗

审核编辑：郭婷