센서 AFE 설계 번역에 대해서 알아 보겠습니다(영어번역)
센서 AFE 설계 번역(영어 원본)How to use WEBENCH® Sensor AFE Designer Abstract Designing a sensing application involves circuitry for amplification of a sensor signal, its conditioning and, in most cases, conversion into digital form. This is achieved conventionally by using discrete operational amplifiers (op amps), analog-to-digital converters (ADCs) and passive components which are expensive, complicated, hard to design in, and less flexible to design changes. However, the configurable sensor analog front-end (sensor AFE) introduced by TI offers a highly integrated, single-chip solution to a wide variety of sensing applications, thereby solving the challenges faced by conventional sensor signal path designers. In this article, we delve into how WEBENCH® Sensor AFE Designer software helps system engineers design, configure and evaluate the sensor AFE platform in just minutes. By considering specific examples of temperature and pressure sensing applications, we walk you through a step-by-step process of sensor selection from a wide variety of sensors, AFE design and configuration optimized for your application, and evaluating the signal path on the bench by downloading the configuration onto the sensor AFE chip using the software. As previously mentioned, the sensor AFE platform supports a variety of sensing applications including temperature, pressure, load cell, chemical, toxic and non-toxic gas-sensing. Moreover, there might be multiple sensor AFE devices supporting a particular sensing application. For example, the LMP90100, ADS1248 and ADS1118 are some of the devices that support temperature-sensing applications. To start your design, you’ll need to access the “online” WEBENCH® Sensor AFE Designer software on TI’s website (www.ti.com/webench-ca). Begin the design process by selecting the sensor type, and clicking the START DESIGN button (Figure 1). For the purpose of this article, let’s choose a resistance temperature detector (RTD) temperature sensor. Selecting an RTD launches the sensor AFE software for the LMP90100. Alternatively, the software can be launched from the device’s product folder. A different sensor AFE device for temperature sensing applications, such as the ADS1248, also can be launched from its product folder. To illustrate the complete design and evaluation process, we are using the LMP90100 sensor AFE, which is a multi-channel IC designed to support temperature, pressure and load cell sensors. The LMP90100 includes an embedded programmable gain amplifier (PGA), input MUX accepting four differential and seven single-ended inputs, and a 24-bit sigma-delta ADC with adjustable sample rates with continuous background calibration and sensor diagnostics. Sensor selection and device configuration Start the configuration process by selecting the sensor from the database presented as the software initializes. You can customize your sensors if your application requires a sensor that is not available in the database (see Figure 2). This can be particularly helpful, if the sensor used in your application has a different sensitivity from those available in the database. Sensor sensitivity is used for calculating the quantity being measured (temperature in the current example) from the sensor’s data count/voltage output. Now, let’s select an RTD such as the PRCTL-2-100-B-1/4-24-40. Once the sensor is selected, the register settings are pre-configured for maximizing the effective number of bits (ENOB). In this example, the gain is set at 1X, and the sample rate is 26.8315 SPS. Design tradeoffs can be reviewed by changing the registers and observing the updated performance parameters, which include estimated ENOB, noise free resolution, input-referred noise, power consumption and device error. Device error combines offset, gain, and integral non-linearity (INL) errors and is determined at a specific sensor temperature. The operating sensor temperature is specified along with device error. Of course, these parameters are specific to the sensor AFE being used. You can change the register settings by clicking on the corresponding block in the block diagram, which opens up a window with the current register settings as shown in Figure 3. You could also use the register map which lists all the registers at once (Figure 4). When gain = 1X, and sample rate = 26.8 SPS: Selecting multiple input channels is supported by the software since the LMP90100 offers this feature. Adding a new sensor automatically selects its input pins with the goal of maximizing the number of sensors that can be selected. This can be achieved using a single-ended configuration whenever possible. Typically, every sensor attached to the sensor AFE requires a different signal path configuration. Since each input channel can be independently configured, gain, sample rate and sensor diagnostics can be set for each sensor connected independent of the others. Next, let’s add a pressure sensor channel to the sensor AFE. As with the RTD, let’s start with the default configuration. When gain = 1X, sample rate = 214.65 SPS: The tool also has a help bar to walk you through the device configuration process. The performance data displayed belongs to the currently selected channel. A different channel can be selected by clicking on another sensor in the list of selected sensors (listed below the SELECT/REMOVE sensor buttons). Once the registers are configured, you can save the register map as an XML file by clicking on the SAVE button. The downloadable offline tool can be downloaded and the evaluation board/SPIO-4 USB interface board can be purchased from the page presented when you click on the CHECK-OUT button. In addition to all the capabilities of the online design tool, the offline tool also has the ability to communicate with the evaluation board through the SPIO-4 interface board and can be used to evaluate the sensor AFE device on the bench. The saved configuration register map from the online design tool can be uploaded into the offline tool to pre-configure the device, thus saving time and effort. Chip evaluation Data capture and static evaluations are achieved by connecting the SPIO-4 digital controller board (SPIO-4 board) to a PC via USB, and running the offline sensor AFE software. The data capture board generates the SPI signals to communicate with the LMP90100. The board driver and instructions to download the driver are included in the software folder. Once the configuration file is uploaded into the offline tool, it’s essential to write all the registers to the board to ensure it’s set to the desired configuration. The stage is now set for real-time data capture! Data can be captured by clicking on the RUN button in the measurements tab as shown in Figure 5. There are two modes of data capture supported by the tool. Single-shot-mode allows you to specify the amount of data you want to capture. Alternatively, you can use the run continuously mode, which acts like an oscilloscope. In other words, it continuously captures data until the process is manually stopped. Output format can be viewed in counts or in the sensor’s output voltage, or in units of data being measured. Status flags are displayed as well. Finally, data can be exported to a csv file for further analysis. For more details, please refer to the software user guide in the software folder. Summary With products optimized for specific types of sensors, TI’s sensor AFE platform delivers an alternative to long hardware development cycles. Unique register settings can be specified for each sensor signal path. Configuration tradeoffs can be considered based on performance, power, and background calibration. The combination of sensor AFE ICs, WEBENCH® Sensor AFE Designer software, and hardware development platform creates a unique design environment that enables fast, easy sensor signal path design. Overall design time is dramatically reduced, which allows customers to get to market faster with a reliable, proven solution. |
센서 AFE 설계 번역(한국어 번역본)WEBENCH® 센서 AFE 디자이너 사용에 대해 개요 센싱 분야 관련 설계를 할 때에는 센서 신호 증폭에 대한 전기회로도, 컨디셔닝이 필요하고 대부분의 경우 디지털(digital form)로의 변환이 이루어져야 합니다. 이에는 일반적으로 별개의 연산 증폭기(op amps), 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter, ADCs), 수동소자가 필요한데 가격이 비싸고, 복잡하며, 설계하기 쉽지 않고 설계변경의 유연성도 적습니다. 그러나 TI의 configurable sensor analog front-end (센서 AFE)는 광범위한 센서 분야에 고도로 통합된, 단일-칩 솔루션을 제공해 기존 센서 신호 설계의 문제점을 해결해 줍니다. 본지에서는 시스템 엔지니어가 센서 AFE 플랫폼을 설계, 구성(configure), 평가하는 데 WEBENCH® 센서 AFE 디자이너 소프트웨어가 어떤 도움을 줄 수 있는지 다룰 것입니다. 온도 및 압력 센싱 분야의 구체적인 예를 통해 단계적인 프로세스를 설명할 것입니다. 즉, 다양한 센서로부터의 센서 선택, 적용분야에 최적화된 AFE 설계 및 구성(configuration) 그리고 본 소프트웨어를 이용해 그 구성을 센서 AFE 칩에 다운로드 시킴으로써 신호 경로를 평가할 수 있습니다. 앞서 언급했듯이, 센서 AFE 플랫폼은 온도, 압력, 로드 셀, 화학적, 독성 및 비독성 가스 센싱 등의 다양한 센싱 분야를 지원합니다. 또한 특정 센싱 분야를 지원하기 위해 다수의 센서 AFE 디바이스를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, LMP90100, ADS1248, ADS1118는 온도 센싱 분야에 사용하는 디바이스 입니다. 설계를 개시하고자 하신다면, TI웹사이트(www.ti.com/webench-ca) 의 “온라인” WEBENCH® 센서 AFE 디자이너 소프트웨어를 사용해 보세요. 센서 타입 선택 및 START DESIGN(설계 시작) 버튼을 클릭함으로써 설계 프로세스를 시작할 수 있습니다. (그림 1). 그럼 이제, 온도 센서인 저항온도감지기(resistance temperature detector, RTD)를 선택해 봅시다. RTD를 선택하면 센서 AFE 소프트웨어가 LMP90100를 위해 launch 하게 됩니다. 아니면 AFE 소프트웨어는 디바이스의 제품 폴더로부터 launch 할 수도 있습니다. 온도 센싱 분야의 또 다른 센서인 AFE 디바이스, 즉 ADS1248도 제품 폴더로부터 launch 할 수 있습니다. 전반적인 설계 및 평가 프로세스를 설명하기 위해, 온도, 압력, 로드 셀 센서를 지원하도록 고안된 다채널 IC인 LMP90100센서AFE를 사용할 것입니다. LMP90100은 임베디드 프로그래머블 게인 증폭기(PGA)를 포함하며 입력 MUX는 4개의 차등입력 및 7개의 single-ended 입력을 수용합니다. 또한 LMP9010은, 지속적인 백그라운드 칼리브레이션 기능 및 감지 기능(sensor diagnostics)이 있고 샘플 레이트가 조정 가능하고 24-비트 시그마-델타 AD도 포함합니다. 센서 선택과 디바이스 구성(configuration) 소프트웨어가 초기화되면 데이터베이스에서 센서를 선택함으로써 구성 프로세스를 개시합니다. 만일 데이터베이스에 있는 센서 이외의 센서가 필요한 경우에는 맞춤형 센서를 만들 수 있습니다(그림 2 참조). 이는 센서를 필요로 하는 분야가 데이터베이스에 있는 센서 민감도와 다른 민감도를 요구할 경우에 특히 유용합니다. 센서 민감도는 센서의 데이터 카운트/전압 출력으로부터 측정되는 양(현 예에서는 온도)을 계산하는 데 사용합니다. 이제 PRCTL-2-100-B-1/4-24-40와 같은 RTD를 선택합니다. 센서를 선택한 후, ENOB(effective number of bits)를 최대화하기 위해 레지스터 세팅을 선 구성(pre-configure)합니다. 이 예에서 게인은 1X로 설정하고, 샘플 레이트는 26.8315 SPS 입니다. 추정 ENOB, NFR(noise free resolution), 입력 기준 잡음(input referred noise), 전력 소비 그리고 디바이스 에러를 포함한 업데이트된 성과 파라미터를 관찰하고 레지스터를 변화시키면서 설계 tradeoffs 를 리뷰할 수 있습니다. 디바이스 에러는 오프셋, 게인 그리고 적분 비선형(integral non-linearity, INL)에러를 결합한 것이며 특정 센서 온도에서 결정됩니다. 작동센서온도는 디바이스 에러와 함께 명기됩니다. 물론 이 파라미터들은 사용하고 있는 특정 센서AFE에 특유한 것입니다. 블록 다이어그램의 해당 블록을 클릭하면 그림 3에서 보는 바와 같이 현 레지스터 세팅의 윈도우가 열립니다. 레지스터 맵은 한번에 모든 레지스터 리스트를 보여주기 이 때문에 이 또한 이용이 가능합니다. (그림 4). 게인 = 1X 이고 샘플 레이트 = 26.8 SPS: 이러한 경우,
게인 = 1X, 샘플 레이트 = 214.65 SPS: 이럴 경우,
레지스터가 구성되면, SAVE(저장) 버튼을 클릭함으로써 레지스터 맵을 XML 파일로 저장할 수 있습니다. 다운로드 가능한 오프라인 툴을 다운로드 받을 수 있고 평가 보드/SPIO-4 USB 인터페이스 보드는 CHECK-OUT(체크아웃) 버튼을 눌렀을 때 나오는 화면에서 구입할 수 있습니다. 온라인 설계 툴의 여러 기능과 별도로, 오프라인 툴은 SPIO-4 인터페이스 보드를 통해 평가 보드와 커뮤니케이션 할 수 있고, 센서 AFE 디바이스를 연구 lab 에서 평가하는 데에도 사용할 수 있습니다. 온라인 설계 툴로부터 저장된 구성 레지스터 맵은 오프라인 툴로 업로드 되어 디바이스를 선 구성할 수 있고 이를 통해 시간과 노력을 절감할 수 있습니다. 칩 평가 USB를 이용해 SPIO-4 디지털 컨트롤러 보드(SPIO-4 보드)를 PC와 연결하고, 오프라인 센서 AFE 소프트웨어를 작동시킴으로써 데이터 캡처 및 정적 평가(static evaluation)를 실행할 수 있습니다. 데이터 캡처 보드는 LMP90100와 커뮤니케이션 하기 위해 SPI 신호를 생성합니다. 보드 드라이버와 드라이버를 다운로드 하기 위한 사용 설명서는 소프트웨어 폴더에 포함돼 있습니다. 구성(configuration) 파일이 오프라인 툴에 업로드 되고 나면, 원하는 구성 설정을 보장하기 위해 모든 레지스터를 기록하는 것이 필수입니다. 이제 실시간 데이터 캡처로 넘어갑시다! 그림 5에서 보는 바와 같이 측정 탭의 RUN(실행) 버튼을 클릭하면 데이터가 캡처됩니다. 툴은 두 가지 모드로 데이터 캡처를 지원합니다. 싱글-샷-모드(single-shot-mode)에서는 캡처하고자 하는 데이터의 양을 명시할 수 있습니다. 또 다른 모드인 지속적인 실행 모드(run continuously mode)는 오실로스코프와 같은 역할을 합니다. 즉 프로세스가 수동으로 멈출 때까지 계속해서 데이터를 캡처합니다. 출력 포맷은 카운트(counts)나 센서의 출력 전압 또는 측정되고 있는 데이터 단위에서 볼 수 있습니다. 상태 플래그(status flags)도 디스플레이 됩니다. 최종적으로, 데이터는 추후 분석을 위해 csv 파일로 전송됩니다. 더욱 상세한 정보를 원하시면 소프트웨어 폴더에 있는 소프트웨어 사용자 가이드를 보시면 됩니다. 결론 TI의 센서 AFE 플랫폼은 특정 타입의 센서에 최적화된 제품들을 통해 대체적이거나 긴 하드웨어 개발 주기를 제공합니다. 각각의 센서 신호 경로에 특유한 레지스터 세팅이 설정될 수 있습니다. Configuration tradeoff는 성능, 전력 그리고 백그라운드 캘리브레이션을 기반으로 결정할 수 있습니다. 센서 AFE ICs, WEBENCH® 센서 AFE 디자이너 소프트웨어 그리고 하드웨어 개발 플랫폼을 결합함으로써 빠르고 쉽게 센서 신호 경로를 설계할 수 있는 특유의 설계 환경을 만들 수 있습니다. 총 설계 시간을 급격히 줄일 수 있으며 이로 인해 고객은 신뢰성 있고 검증된 솔루션을 더 빠르게 시장에서 만나볼 수 있습니다. |
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이상 텍사스 인스트루먼트(TI)에서 의뢰한 센서 AFE 설계 번역(영어번역)의 일부를 살펴 보았습니다.
번역은 기버 번역