Σ-Δ型ADC在汽車安全系統中的應用

　　圖3體現了Σ-Δ型ADC在MEMS傳感器中的應用實例，包括三個方面：安全氣囊、電子穩定系統、側翻的穩定系統。　　

 

　　無論是安全氣囊還是電子穩定系統或者側翻的穩定系統，其系統設計原理都是基于用MEMS傳感器來檢測車的姿態。比如安全氣囊，當碰撞發生的時候去檢測這個碰撞所帶來位移的加速度和減速度，當加速度達到一定程度，才能判斷這是一個碰撞，而不是汽車本身的剎車帶來的減速度，這里的MEMS傳感器不只是檢測信號，還作為一個決策者的角色而存在。

　　對于電子穩定系統，則要判斷汽車在雪地上的轉彎是不是還帶有側滑，汽車轉彎時有一個角速度，當這個角速度達到一定的水平就是異常的側滑而不是車輛本身的轉彎。而側翻的趨勢也是一個角速度。這其中都會用到各種各樣MEMS傳感器，如加速度計和陀螺儀。

　　這些MEMS傳感器由許多非常微小的微米級的小彈片組成，如上圖3。當汽車發生碰撞或者有姿態變化的時候，加速度就會帶來一個位移，這個位移就會帶來一個電信號的變化，具體來說是電容信號的變化。通過這樣的結構，就把動作的趨勢轉化成了電信號的變化，沒有動作發生的時候，信號是0，當有動作的發生的時候，就輸出信號，并且動作幅度越大，電信號也越大。

　　但是，MEMS傳感器檢測的電信號是非常微弱的，這就需要將它放大，然后才能用一定采樣位數的轉換器轉換成數字信號輸出，再送給單片機或處理器進行分析，才能得到具體的加速度數值。這就是傳統的老一代MEMS傳感器的架構，它包含一個驅動用以驅動機械MEMS的單元，然后再用交流做激勵，將動作發生時候差分的電信號進行放大解調輸出，所以這是一個模擬的信號，當外部動作帶來位移變化的時候，通過MEMS的單元變成電信號直接輸出。

　　技術在不斷的演進，上述老一代MEMS傳感器變得越來越過時，新一代的傳感器設計面臨很多新的挑戰，比如：

　　1. 數據輸出的接口有標準的要求(模擬接口向數字接口轉變);數據安全性標準問題;

　　2. 測量范圍的擴大(即同樣的一個傳感器單元要能夠實現低量程到高量程的自適應);

　　3. 輸出信號頻帶可選性(即位移發生時候的信號是很多頻率信號混雜在一起的，有高頻的，有低頻的，因為碰撞是一個綜合事件。而安全氣囊要不要彈開?這就需要去判斷特定頻帶下的一個信號);

　　4. 自測機制(傳感器是整個判斷機制的主要信息來源，根據傳感器的數據來決定氣囊是不是要彈開?那么這個決策如果錯了，不彈開，那后果可想而知，但是不該彈開的時候彈開了后果也可想而知。所以傳感器的數據必須可靠，所以必須有自測的功能);　　

 

　　5. 溫度的補償;零點的補償等也都非常重要。這些要求如果純粹用純模擬的器件完成，雖然可以把精度做的很高，例如使用非常高性能的運放、調理電路，但是沒法做出靈活性和可重復性。

　　而新一代MEMS傳感器集成Σ-Δ型ADC后，由于Σ-Δ架構輸出的是數字信號，所以可以非常方便的對其進行零點校正、溫度補償等，所有這些任務都可以在Σ-Δ型ADC內部實現。

　　汽車電池監控系統中的用武之地

　　ADI公司集成了16位Σ-Δ型ADC、FPGA和處理器內核的精密傳感器SoC ADuC703x為用戶提供了一個經濟、高效的電池測量方案，可實現超高動態范圍和精度的電流測量、電壓測量、和溫度測量。ADuC703x不僅可配合監控器IC來進行新能源汽車電池的監控，還在傳統汽車的電池監控中有極高的市場占有率。

　　Start-Stop系統在汽車等紅燈的時候，將發動機熄滅，而當綠燈亮的時候再點著，這樣做的目的是不讓發動機空轉，還能省下很多油。這個應用目前在歐洲的使用率很高。而這個系統的大功臣就是電池傳感器，有了它就能夠知道電池的狀態，從而為駕駛者下一步的動作提供依據。

　　該電池監控系統設計有一些非常苛刻的要求，需要將一個傳感器安裝在電池部位去精確的檢測電池的電壓、電流和溫度，根據這些計算電池的電量狀態。極寬的電流范圍是很大的挑戰，汽車啟動時的電流達到幾百安培的水平，而熄火的時候又只有幾十毫安，從幾百安到幾十毫安幾萬倍的動態范圍都得測。

　　一般是將檢流電阻安裝在電池充放電的回路里，電流流過產生非常小的電壓，幾毫安的時候電壓才是微伏級。這么小的信號很難檢測，所以需要將信號放大很多倍;而當汽車正常行駛的時候電流又很大，這時檢流電阻上的電壓很大，所以電池傳感器要求有非常大的放大倍數和非常高的分辨率，并且因為動態范圍很大，16位的ADC不夠測量，還必須加上PGA，ADC與PGA兩者相結合，調整放大倍數，才能測量從毫安級到百安級的動態范圍。