傳感器廣泛使用，既可以作為微控制器的一部分，也可以單獨作為嵌入式系統使用。然而，一種更高效的電路實現將高性能模數（A/D）轉換器與集成MCU相結合。

大多數傳感器需要信號調理才能消除潛在的測量誤差源。這些誤差源可能包括增益和偏移誤差，環境噪聲或固有噪聲以及傳感器傳遞函數本身的非線性。許多現代應用還需要數字格式的條件傳感器數據。對于具有多個傳感器的系統，與每個傳感器節點處的單獨調節和轉換電路相關聯的開銷可能是有問題的，從而增加了最終應用的維護，校準和成本開銷。

無論是何種類型，無論是熱電偶，電阻溫度檢測器，稱重傳感器還是磁場傳感器，傳感器通常都需要一個激勵（偏置）源，用于信號生成和調節電路，以補償測量誤差。來源數量。

雖然這些傳感器測量的溫度，重量和磁場強度等參數不同，但它們具有低信號增益，幅度和非線性的共同電氣特性。一旦安裝在最終應用中，增益和偏移誤差也可能變得明顯，強制校準。許多傳感器表現出高（或可變）輸出阻抗，使它們容易出現信號負載和耦合噪聲問題。這些因素單獨或組合使用會增加顯著的測量誤差。因此，傳感器需要專用的信號調理電路，以便在系統使用之前進行誤差補償，濾波和緩沖以及模數轉換。

轉換器拓撲結構

寬動態測量范圍是許多傳感器應用的另一個共同特征。例如，考慮一個卡車秤，其中貨物的重量必須測量到0.1磅以內。實用的稱重技術包括稱重裝載的卡車并減去空卡車的已知（恒定）重量。具有25,000磅滿量程的合適的汽車衡必須具有19位的A/D轉換器分辨率，以滿足0.1磅的分辨率要求。在氣體檢測和高精度羅盤系統中使用的傳感器中可以找到相同動態范圍要求的其他示例。考慮到這些不同的要求并考慮到可能需要寬動態范圍，傳感器A/D轉換器實際上是一個A/D轉換器系統。

有許多A/D轉換器拓撲可供選擇，包括逐次逼近轉換器（SAR），流水線轉換器，閃存轉換器和斜率轉換器。但是，對高分辨率和高信噪比的要求限制了對集成A/D轉換器的選擇。

集成A/D轉換器可以對多個樣本（或長時間段）的測量過程進行平均，從而在降低噪聲的同時提高分辨率。雖然集成A/D轉換器比非集成類型慢得多，但它們對于典型的傳感器應用來說足夠快。集成A/D轉換器架構的示例是delta-sigma，雙和多斜率積分器和過采樣SAR A/D轉換器。其中，delta-sigma轉換器因其最佳分辨率，線性度，噪聲性能，成本和工作功率而成為傳感器數據采集應用中最受歡迎的。

Δ-Σ型

delta-sigma A/D轉換器是一種過采樣轉換器，但過采樣只是有助于轉換器整體性能的機制之一。 delta-sigma轉換器將過采樣與噪聲整形和數字濾波相結合，以實現最佳分辨率和噪聲衰減。它幾乎完全是數字化的，使其能夠享受現代數字電子產品的規模和經濟性。這意味著體積小，安裝成本低 - 這是大多數傳感器接口應用中的重要因素。

delta-sigma A/D轉換器架構由調制器和數字濾波器/抽取器組成。調制器由積分器，時鐘比較器和1位D/A轉換器組成。積分器平均時間平均D/A轉換器輸出與VIN之間的差值，并將結果應用于比較器輸入。當計時時，比較器在其輸入大于0時產生1，這在夏天的負輸入產生+ VREF脈沖。該過程以等于采樣時鐘頻率的速率繼續，并產生1和0的連續比特流。在該比特流中，1s的數量與給定時間段內的總比特數（即1s密度）的比率等于VIN與VREF的比率。積分器的平均作用還充當差信號的低通濾波器，降低低輸入頻率下的量化噪聲，并通過將噪聲推出測量發生的頻率范圍來重新整形噪聲。

數字濾波器然后去除重新形成的量化噪聲，同時抽取器計算調制器數據的加權移動平均值以完成轉換過程。但是，當delta-sigma轉換器被多路復用時，必須刷新（清除）抽取器和濾波器內的數據以防止信道之間的信號串擾。沖洗和重新填充濾波器/抽取器的時間可能相當大，通常稱為延遲或“群延遲”。許多系統具有用于模擬數據轉換的關鍵時間預算，其可能受到延遲的不利影響。有些供應商提供降低延遲的delta-sigma轉換器，可以在沒有延遲的情況下交換某種程度的噪聲性能。

由于其高分辨率和噪聲衰減，delta-sigma A/D轉換器在直流和低頻應用（如傳感器數據轉換）中變得流行，并且可從許多半導體供應商處獲得。

策略

傳感器A/D轉換器可以本地安裝或遠程安裝在傳感器上，電路可以實現多個方式近年來，在每個傳感器站點（IEEE 1451）具有本地調節的分布式系統已經變得流行。其中一種更高效的電路實現使用“智能A/D轉換器”，它由帶有集成MCU的高性能A/D轉換器組成。迄今為止的示例可以將帶有模擬和數字外設的完整24位delta-sigma A/D轉換器系統和基于50 Mips ISP閃存的8051 MCU集成在一個5 x 5 mm封裝中。通過包含各種硬件連接和適當的固件來實現線性化，校準和串行通信，可以執行傳感器調節和數據轉換的所有方面。

系統固件
MCU提供的功能因最終應用而異。這些功能可能涉及測量，控制，診斷或其他功能。大多數應用需要測量（包括校準和線性化），通常是數據格式化和某種形式的通信接口。

雖然增益和偏移校準由專用板載硬件執行，但必須在固件中執行線性化。線性化的經典方法使用冪級數多項式方程。

將它拉在一起

A/D轉換器/MCU組合IC上的其他外設可包括串行端口，定時器和模擬比較器，以擴展系統功能，超越傳感器信號調理和轉換。例如，板載串行端口可以與其他系統處理器進行通信，以進行遠程配置，控制和數據交換。串行通信和系統內可編程閃存的組合可在系統要求發生變化時輕松進行系統固件升級。可以實現其他系統優勢，例如智能電源管理和傳感器診斷。所有這些策略都可以降低系統擁有成本并提高系統可用性和性能。