工程师说 | ​瑞萨设计标准化如何节省工业传感设备的总成本

 

 

元件通用化还有一个好处，就是不仅可以降低元件的成本，还可以缩减今后的维护工时。特别是RX23E-A作为主要目标的工业用传感器设备，其具有产品生命周期长、规格多样的特点，因此可以说通用化的好处是非常大的。关于RX23E-A的详细介绍，请点击文末阅读原文查看产品页。

 

通用化大致分为两个方向。一种是同类产品之间的通用化。另一种是不同类别产品之间的通用化。本篇文章将介绍RX23E-A如何在不同类别产品之间实现通用化。

 

关于如何在同类产品之间实现通用化，请点击下方链接查看之前发布的文章：

工程师说 | RX23E-A MCU实现传感器设备通用化的实例

 

经常听到有人说“不同类别产品之间很难实现通用化”。在不同类别产品之间很难实现通用化，是因为不同的产品往往具有不同的成本结构和相应的功能/性能。因此，为实现通用化而采用的零件未必是最合适的元件，这也是设计人员的一大烦恼。

 

对于此类在不同类别产品之间实现通用化的难题，RX23E-A有比较好的解决方案，下面进行介绍。

 

 

 

示例1

压力表和温度计

 

 

 

第一个例子是温度计和压力计的通用化。

 

温度和压力是IA场景测量最多的物理量。特别是压力计，它还可以应用于流量测量和电平测量，所以能够在各种场景中使用。因此，不少厂商同时生产温度计和压力计。

 

温度计和压力计在处理微型传感器信号方面是相同的，但它们需要不同的电路功能。

 

IA温度计常用的温度传感器是热电偶和热电阻（RTD）。热电阻还包括两线制、三线制和四线制。

 

压力计使用的压力传感器主要有电阻式、电容式、振动式，其中电阻式是主流。RX23E-A可以测量的是主流的电阻式。根据制造方法的不同，电阻式主要有半导体电阻式、金属电阻式和应变电阻式，但在应用电阻桥这一点上是相同的。

 

RX23E-A可帮助实现温度计和压力计的通用化，以兼容多种传感器。RX23E-A配备了激励电流源（IEXC）、偏置电压产生电路（VBIAS）、参考缓冲器（RBUF）、低端开关（LSW）等一系列温度和压力测量所需的功能。通过RX23E-A的这些功能可实现温度计和压力计的通用化，如下图所示。

 

 

 

 

示例2

便携式传感器和固定式传感器

 

 

 

第二个例子是固定式传感器和电池供电的便携式传感器的通用化。

 

电池供电的便携式传感器根据其应用，要求低功耗。另一方面，与便携式传感器相比，固定式传感器对精度和高速性能的要求往往更高。ADC和放大器的噪声性能和高速性能与器件的电流消耗成正比。因此，在需要低功耗与需要高精度高速性能的情况下，通常使用不同的器件。

 

对于此类需求相反的固定式传感器和便携式传感器通用化，RX23E-A可提供帮助。RX23E-A的ΔΣADC具有噪声性能优异的正常模式和低功耗性能优异的低功率模式。正常模式的消耗电流约为1mA，而低功率模式下的正常模式消耗电流约为400uA。通过使用不同的低功率模式，可实现固定式传感器和便携式传感器的通用化，如下图所示：

 

 

 

 

示例3

指示器与放大器内置

传感器的通用化

 

 

 

第三个例子是放大器内置型传感器和指示器的通用化。首先简要介绍一下放大器内置型传感器和指示器。

 

对于某些测量对象，例如在狭窄的地方或振动较大的地方，安装较大型传感器可能很困难。在这种情况下，传感器会被安装在距离测量对象最近的位置，而指示器会被安装在距离测量对象较远的位置。当传感器和指示器以这种方式组合使用时，传感器端和指示器端的配置可以分为以下两种：

• 放大器分离型配置：传感器端仅有传感器元件或传感器组件，相应的信号处理全部在指示器端进行；

• 放大器内置型传感器：传感器端装有信号调理器，传感器端也能进行信号处理。

 

*1 此处的传感器是指不包含电子电路的传感器元件或传感器组件。

 

放大器内置型传感器具有传感器和信号调理器一体式结构，如右图传感器端所示。放大器分离型配置和放大器内置型配置在很多情况下使用相同传感器，所以要实现通用化是很正常的想法。

 

在通用化过程中，问题是如何选择安装在放大器内置型传感器中的零件。放大器内置型传感器要求电子元件安装在有限的狭小空间内。理想条件是不仅配备运算放大器等模拟元件，还配备数码元件，可将数字化信号发送给指示器。通过发送数字化信号，您不必再受到放大器分离型传感器常见干扰噪声问题的困扰。但是，现实中由于空间限制，很多情况下只安装最小限度的模拟元件，如运算放大器。

 

RX23E-A可解决此类安装空间问题，并有助于实现通用化。RX23E-A将高精度24位ΔΣADC和MCU单片化到小型封装中。因此，它可以作为放大器内置型传感器的信号调理器使用，也可以作为指示器的信号调理器和MCU使用。如此一来，如下图所示，通过使用RX23E-A，实现了指示器和放大器内置型传感器的通用化。

 

 

以上介绍了3个示例。

 

通用化的困难之处在于商品化和差异化之间的平衡。通用化最终也会影响商品化，有可能无法灵活应对市场需求。因此，在通用化过程中，我们希望选择规格充足的元件，但过度规格化的元件可能会增加成本。在所有方面都达到平衡是非常困难的。RX23E-A提供了以下多种产品阵容，以灵活地满足各类需求：

• ΔΣADC的装载数：1 unit版，2 unit版

• 工作温度范围：-40℃到85℃，-40℃到105℃

• Package：48针QFP，40针QFN

• ROM/RAM：256KB/32KB、128KB/16KB

 

希望这些RX23E-A规格不仅能实现通用化，还能实现差异化。

 

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瑞萨电子 (TSE: 6723)

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