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組合式傳感器可節省電路板空間和設計時間

編輯:杭州明辰傳感器有限公司   時間:2014/04/10   字號:
摘要:組合式傳感器可節省電路板空間和設計時間
執行多種功能的傳感器——比如提供溫度輸出的壓力傳感器或同時監測溫度和相對濕度的傳感器——可以為各個行業的設計師提供許多好處。其中,力圖減小設備尺寸以提高便攜性的醫療設備設計師尤其青睞節省電路板空間這一優勢;HVAC暖通空調設備的設計師則非常歡迎設備中更少的外部互連(它們是造成性能損失的潛在來源)帶來的更高可靠性。絕大多數的設計師都喜歡“一個傳感器實現原先兩種傳感器的功能”這一設計理念,因為這意味著產品的測試和校準工作量大幅降低。設計師們通過設計階段的比較,可以確定與兩個獨立傳感器相比,一個組合式傳感器是否具有更大的優勢。
設計師在判定某個應用是否應使用組合式傳感器時,應考慮以下幾點:
-    電路板尺寸和可用空間
-    精度和可靠性
-    設計和生產總成本
電路板尺寸和可用空間
選擇一個組合式傳感器來代替兩個獨立傳感器的最明顯優勢也許就是“在單個傳感器尺寸的封裝中可以提供更多的功能”。在電路板空間有限的情況下,在一個SOIC-8 SMD封裝中提供兩路輸出(例如霍尼韋爾HumidIcon?數字溫濕度傳感器)是一個非常大的優勢。但是,如果設計師希望在外部測量溫度或相對濕度,一個SOIC-8 SMD封裝是不夠的,還需增加一個尺寸至少為SOT23的封裝。
借助在整個溫度范圍內進行校準、溫補和放大的傳感器可以減少PCB板上信號調理所需要的元件數量,從而可進一步節省空間并降低重量。通過為傳感器添加一個數字接口選件,設計師還可以去掉電路板上的外部電阻、電容和放大器。數字接口可以提供一條從傳感器到微處理器的直接信號通道,可額外節省電路板空間,并減少因PCB板上存在多個信號調理元件而可能導致的問題。
但是,并非所有應用都適合采用組合式傳感器。比如,濕度傳感器和溫度傳感器并不處于相同的過程溫度下,或進行溫度測量的地方和電路板上濕度傳感器所在位置之間有一定的距離,就不適合使用多功能溫度和相對濕度傳感器。在上述兩種情況下,有必要使用兩個獨立的傳感器。
精度和可靠性
只要向電路板上增加一個元件,外部互連個數以及潛在信號故障源就都會增加,從而降低系統的整體可靠性。而組合式傳感器可以提供比多個獨立傳感器更高的可靠性,因為它們具有更少的可能損壞的零部件和連接點。同樣,如上文所述,使用數字接口選件可以減少電路板上的元件個數以及可能發生信號錯誤的連接點。
總誤差帶 (TEB) 是傳感器可靠性的真正度量指標。除精度以外,TEB考慮到了決定傳感器可靠性的所有因素。TEB越小,傳感器在避免獨立傳感器測試和校準、支持系統精度、優化系統正常運行時間和提供卓越的傳感器互換性方面就越好。作為參考,霍尼韋爾HumidIcon?數字式溫濕度傳感器具有±5 %RH的總誤差帶和±4 %RH的精度等級。略高的總誤差帶反映了對精度以外其他因素的考慮。平均無故障時間 (MTTF) 也可用來確定傳感器的可靠性。由于傳感器的質量、可靠性和精度各不相同,因此設計師在選擇組合式傳感器時,對性能規格、產品質量和制造商的聲譽進行詳細評估是非常重要的。
對于需要最高精度等級的應用,如果一個組合式傳感器無法滿足應用的總體精度容差,那么就有必要使用兩個獨立的傳感器。單一功能的相對濕度傳感器通常具有±3 %RH到±3.5 %RH的精度等級。
設計和生產總成本
在許多情況下,集成傳感器比多個獨立傳感器更加節省實際生產成本和應用成本。
實際生產成本的節省取決于傳感器及其功能、I/O(輸入/輸出)模式。以組合式溫濕度傳感器為例,它可以對相對濕度 (RH) 測量值進行溫度補償并提供第二路獨立的溫度輸出 - 為用戶提供兩路輸出。因此在使用集成傳感器來代替兩個數字I/O傳感器時可節省成本。
組合式傳感器所節省的應用成本可能遠遠大于節省的實際生產成本。在研究、購買、安裝和測試多個傳感器(這些傳感器可能來自不同的制造商)方面節省的時間都有助于提高生產效率。由于無需進行補償和校準,設計師通??梢蕴崆斑M行資本密集型測試過程,最終實現更短的生產周期。另外,生產效率優勢也適用于已安裝應用,因為單個傳感器具有更少的互連點(潛在的故障源)。
在要求苛刻的設計應用中,組合式傳感器是一個非常有用的工具,既能縮短設計、測試和安裝時間,又能提供可靠的輸出。在電路板空間有限的應用中,組合式傳感器的上述優勢尤其顯著。

 

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