Diskrete oder integrierte Lösung für die Sensorkonditionierung?

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Leistungsvergleich der beiden Ansätze

Hinsichtlich der Leistung spielt die Endanwendung eine wichtige Rolle bei der Wahl zwischen einer eigenständigen und einer integrierten Lösung. Es gibt Tausende von Präzisionsverstärkern auf dem Markt, die verschiedene Kompromisse beim Preis-Leistungs-Verhältnis eingehen. Bei integrierten AFEs ist die Auswahl dagegen klein.

Die Hersteller haben bei der AFE-Entwicklung in der Regel bestimmte Anwendungen im Kopf, die die Gesamtleistung des Gerätes vorgeben. Der erwähnte XR10910 bietet eine maximale Offset-Spannung von 1 mV, Rauschen von 2 µVpp und einen Verstärkungsbereich von 2 bis 760 V/V. Obwohl diese Werte für einige Anwendungen ausreichen können, sind sie sicherlich nicht für jede Art von Sensorschnittstelle optimal.

Wenn die oberste Priorität der Entwickler die Leistung ist und der Markt kein AFE im Angebot hat, das speziell für eine Anwendung entwickelt wurde, dann ist in der Regel eine eigenständige Lösung die bevorzugte Methode. Denn dann kann der Entwickler die Komponenten selbst auswählen, die seinen Bedürfnissen am besten entsprechen. Und letztendlich kann er auch die Feinabstimmung des Sensorkonditionierungsblocks vornehmen.

Aufbau verschiedener Analog-Front-Ends

Die heute erhältlichen AFEs bieten unterschiedliche Integrationsebenen. Einige umfassen einen A/D-Wandler oder Rechenleistung, während das bei Modellen wie dem XR10910 nicht der Fall ist. Die meisten verfügbaren Sensorschnittstellen-AFEs sind sehr anwendungsspezifisch, daher sind ihre Leistungsmerkmale und Funktionsblöcke äußerst effizient bei der Nutzung in der Zielanwendung.

Zum Beispiel gibt es einige AFEs, die zur Anwendung in medizinischen Geräten konzipiert wurden. Diese besitzen dann 16-Bit- oder 24-Bit-Delta-Sigma-A/D-Wandler, PGAs und eine Vielzahl von Eigenschaften zur Verringerung von Größe, Leistung und Time-to-Market, was zum Beispiel bei der Entwicklung eines EKG-Gerätes oder anderer medizinischer Diagnosegeräte vorteilhaft ist.

Muss man jedoch, wie oben beschrieben mehrere Hall-Effekt-Sensoren konditionieren, ist dieses hoch integrierte AFE nicht die optimale Lösung. In einem solchen Fall wird eine Lösung mit weniger Integration und mehr Flexibilität benötigt.

Kleine leistungsstarke Schnittstelle für 16 Sensoren

Sensorschnittstellen-AFEs können schneller auf den Markt gebracht werden, bieten eine höhere Benutzerfreundlichkeit, benötigen weniger Stellfläche und häufig auch weniger Strom. Allerdings sind viele von ihnen extrem auf bestimmte Anwendungen spezialisiert und können daher nicht mehrere Sensoren oder verschiedene Arten von Sensoren unterstützen.

Eigenständige Lösungen sind grundsätzlich flexibler und können auf jede spezifische Anwendung abgestimmt werden, benötigen jedoch analoge Design-Fähigkeiten, mehr Stellfläche sowie mehr Leistung, und es fehlt ihnen häufig an bestimmten automatischen Merkmalen wie einer Autokalibrierung, um die Sensordrift zu korrigieren.

Die Eigenschaften des XR10910 füllen die Lücke zwischen den eigenständigen Lösungen, die weniger Funktionen bieten, und den Single-Chip-Sensor-Schnittstellen-AFEs, die auch Rechenleistung bieten. Mit einem Versorgungsstrom von 457 μA und einer Stellfläche von 36 mm2 bietet das XR10910 die laut Hersteller branchenweit kleinste und leistungsstärkste Schnittstelle für 16 analoge Sensoren.

Das AFE ist das erste einer wachsenden Familie von einfach zu bedienenden Sensor-Interface-Produkten des Herstellers. In der Entwicklung befinden sich bereits kleinere Kanalzählvarianten sowie Versionen mit digitalen Ausgängen.

Fazit

Entwickler müssen weiterhin die Vorteile integrierter AFEs gegenüber eigenständigen Lösungen abwägen, und die Halbleiterhersteller werden das Angebot an AFEs weiter ausbauen, um sie einem breiteren Markt zur Verfügung zu stellen.

* Debbie Brandenburg arbeitet als Senior Manager Marketing Communications bei Exar in Fremont / U.S.A.

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