數(shù)字傳感器技術(shù)突破靈敏度限制
如今各種機(jī)器或系統(tǒng)使用了多種類型的傳感器，其中圖像傳感器與麥克風(fēng)傳感器是比較有代表性的傳感器。近年來(lái)，接觸式傳感器的需求也在大幅增加，從觸摸按鈕到觸摸屏，可以說(shuō)識(shí)別觸覺(jué)的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新的世界。
傳統(tǒng)的傳感器的信號(hào)處理過(guò)程為：首先將從想要識(shí)別的對(duì)象所發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)(電流或電壓)；然后在該信號(hào)被充分放大到具有非常大的增益后，將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；*后按照上位系統(tǒng)要求的形式進(jìn)行信號(hào)處理。這種傳統(tǒng)的技術(shù)不但電路非常復(fù)雜，需要一定的電流消耗，而且在放大微小信號(hào)的過(guò)程中，各種噪聲也會(huì)一起被放大，導(dǎo)致靈敏度限制問(wèn)題。
為解決這些問(wèn)題，ATLab公司開(kāi)發(fā)了數(shù)字傳感器技術(shù)。此技術(shù)的核心是，針對(duì)純數(shù)字電路的阻抗變化的處理，并不采用復(fù)雜又細(xì)微的模擬技術(shù)，而是采用數(shù)字化的阻抗變化檢測(cè)引擎(ICDE)技術(shù)。在介紹ICDE技術(shù)之前，本文首先介紹一些廣為使用的各種傳感器的工作原理。
這些傳感器利用阻抗的變化來(lái)識(shí)別被識(shí)別對(duì)象的變化。例如，麥克風(fēng)傳感器通過(guò)識(shí)別聲壓引起的電容值變化來(lái)采集聲音，壓力傳感器通過(guò)識(shí)別壓強(qiáng)引起的電容值或電阻值的變化來(lái)識(shí)別壓力。近年來(lái)，大范圍使用的觸摸傳感器根據(jù)人體觸摸時(shí)電容量的變化來(lái)識(shí)別是否有觸摸產(chǎn)生。在如此多基于阻抗變化的傳感器技術(shù)中，ICDE技術(shù)是一個(gè)劃時(shí)代的技術(shù)。
ICDE技術(shù)適用于電阻性阻抗、電感性阻抗或電容性阻抗發(fā)生變化的傳感器。圖中給出了電容性觸摸傳感器的應(yīng)用例子。圖中接觸使電容量CSEN發(fā)生變化，這種變化*終導(dǎo)致時(shí)間延遲。利用數(shù)字技術(shù)讀取該時(shí)間延遲，得出由于接觸而產(chǎn)生的電容變化的結(jié)果，因此ICDE技術(shù)可用在所有類型的阻抗可變型傳感器中。
與傳統(tǒng)的模擬傳感器相比，采用純數(shù)字技術(shù)的傳感器有很多優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括：1.幾乎不使用模擬技術(shù)，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且只需純數(shù)字電路，這使得傳感器針對(duì)外部環(huán)境變化具有高度的穩(wěn)定性以及動(dòng)作可靠性。2.由于沒(méi)有模擬電路，所以沒(méi)有動(dòng)作電壓的限制，同時(shí)能將電流消耗減至*小。3.不需要高增益放大器或高頻發(fā)生器便可實(shí)現(xiàn)高靈敏度，抗干擾性強(qiáng)。4. 不需復(fù)雜的信號(hào)處理路徑，可提高信號(hào)采集速度。5.只需讀取基準(zhǔn)通道與信號(hào)采集通道之間的時(shí)間延遲，因此抗外部干擾性非常好。另一方面，用在手機(jī)中的傳統(tǒng)觸摸傳感器容易受電磁干擾的影響而產(chǎn)生誤動(dòng)作。6.傳感功能**采用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需外部元件。
ATLab的數(shù)字接觸控制器(DCC)系列的ATA2501和ATA2508就采用了ICDE技術(shù)。這些產(chǎn)品具有多個(gè)接觸識(shí)別通道(6、9甚至12個(gè)通道)，動(dòng)作時(shí)的功耗僅有采用傳統(tǒng)技術(shù)的產(chǎn)品的1/10左右，電流消耗小于100uA，待機(jī)電流消耗小于1uA。另外，它們不需要任何外部元件。
數(shù)字傳感器技術(shù)在很多方面都具有**特性，其中*能突出**性的特性是它無(wú)需采用具有各種制約的模擬技術(shù)。這不但可以與不斷發(fā)展的半導(dǎo)體技術(shù)相匹配，并且不需外部電容，這意味著可以*大程度地實(shí)現(xiàn)細(xì)微的傳感器，并且傳感器的尺寸以及電流消耗將隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展而減少。這種尺寸小、電流消耗小的傳感器有望成為*適用于隨時(shí)隨地采集信息的普適傳感器網(wǎng)絡(luò)(USN)的技術(shù)。
本文對(duì)采用純數(shù)字技術(shù)的傳感器技術(shù)做了簡(jiǎn)單介紹。ATLab的DCC沒(méi)有使用應(yīng)用在傳統(tǒng)傳感器技術(shù)中的模擬技術(shù)，不但具有各種優(yōu)點(diǎn)，而且還利用純數(shù)字技術(shù)開(kāi)發(fā)出了革新性的傳感器產(chǎn)品。在該技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)中，可直接受益于半導(dǎo)體工藝的發(fā)展以及不需任何外部元件的優(yōu)點(diǎn)，使該產(chǎn)品與其它使用了模擬技術(shù)的觸摸傳感器相比，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
