基于IIC协议的双检测方式传感器控制接口电路制造技术

本发明专利技术涉及一种基于IIC协议的双检测方式气体传感器控制接口电路，包括：信号处理模块，用于通过两种不同的方法分别将电阻变化转换为电压变化，并将采集到的模拟电压信号转变为数字信号；数字控制模块，用于存储所述信号处理模块输出的数字信号，同时控制整个系统工作状态，提供系统所需的分频时钟；IIC接口模块，用于接收外部控制信息，并根据要求传递存储的数字信号；电源模块，用于给各模块提供所需电压。本发明专利技术提供了两种传感器信号测试方法，可以避免单测试方法的局限性，更方便地进行数据采集和处理，减少外部干扰对结果的影响；同时集成了一个IIC接口模块，与外部进行通信更加方便，且大大增加了系统的实用性。

【技术实现步骤摘要】
基于IIC协议的双检测方式传感器控制接口电路
本专利技术涉及集成电路
，特别涉及一种基于IIC协议的双检测方式传感器控制接口电路。
技术介绍
过去几十年以来，气体传感器已经广泛应用于工业，民用，军事等多个领域，对检测系统的后端电路也有着更高的要求。目前常用的后端电路多是依赖于PCB板搭建的电压分压法测试系统，通过固定电阻与传感器敏感电阻的分压，将测得的电压通过一个外置ADC电路转换为数字信号，再经过一个单片机传输到主机。例如：张洋，王永刚，夏金峰.基于混合电动势型SO2传感器的研制及接口电路设计[J].长春工程学院学报(自然科学版)，2016，17(2)：34-38。随着集成电路芯片的发展，为了实现检测系统的小型化、通用化，很多检测系统开始用专用集成电路(ASIC)芯片来代替PCB板。比较常用的是通过ASIC芯片来实现电压分压法对传感器敏感电阻的测量，它的体积小，功耗低，成本低。例如：程义军，唐祯安.微热板阵列式集成气体传感器的芯片电路设计[J].传感技术学报，2015(11)：1620-1624。除此之外，还有通过ASIC芯片来实现频率法对传感器敏感电阻的测量。电压分压法测电阻应用广泛，设计简单，测量速度快，但是测量范围小，精度小，频率法测量范围大，精度高，但是速度较慢。如何根据不同的应用需求，系统灵活的改变测量方法，同时又要保证系统的便携性，通用性是本领域技术人员渴望解决的技术难题，从而也引出了本专利技术的目的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种基于IIC协议的双检测方式传感器控制接口电路，以根据不同的应用需求来灵活地选择测量方法，同时保证系统的便携性以及通用性，避免了占用太多的资源。(二)技术方案根据本专利技术的一方面，提供一种基于IIC协议的双测试方法气体传感器控制接口电路，包括：信号处理模块，用于通过两种不同的方法分别将电阻变化转换为电压变化，并将采集到的模拟电压信号转变为数字信号；数字控制模块，与所述信号处理模块的输出端连接，用于存储所述信号处理模块输出的数字信号，同时控制整个系统工作状态，提供系统所需的分频时钟；IIC接口模块，与所述数字控制模块输出端连接，用于接收外部控制信息，并根据要求传递存储的数据。在进一步的实施方案中，所述信号处理模块包括：第一信号通路和第二信号通路，且所述第一信号通路和所述第二信号通路并联于所述信号处理模块的输入端和输出端。在进一步的实施方案中，所述第一信号通路包括：电阻变化转电压变化测量电路，用于将电阻变化转换为对应的模拟信号；低通滤波电路，与所述电阻变化转电压变化测量电路相连，用于将所述模拟信号进行滤波整流；模拟信号转数字信号电路，与所述低通滤波电路和所述信号处理模块的输出端相连，用于将滤波后的模拟信号转换为数字信号。在进一步的实施方案中，所述第二信号通路包括：电阻变化转电压方波信号电路，用于将电阻变化转换为对应的模拟信号；电压方波信号频率测量电路，与所述电阻变化转电压方波信号电路和所述信号处理模块的输出端相连，用于将所述模拟信号转换为对应频率。在进一步的实施方案中，所述数字控制模块包括数据寄存器，与信号处理模块输出端连接，用于存储所述信号处理模块输出的数字信号；系统控制模块，与IIC接口电路的输入段连接，用于接收到外部命令以后通过改写所述数据寄存器的值来实现对整个系统的控制；时钟模块，用于根据系统控制进行指定分频，给其余各个部分提供工作时钟。在进一步的实施方案中，所述IIC接口模块包括符合IIC协议的从机模块，用于与外部IIC主机进行通信。在进一步的实施方案中，所述的基于IIC协议的双测试方法气体传感器控制接口电路还包括电源模块，所述电源模块的输出端分别与各个模块相连，用于给各模块提供所需电压。在进一步的实施方案中，所述电源模块包括：若干个线性稳压器和1个带隙参考源。在进一步的实施方案中，所述控制接口电路基于CMOS芯片制造工艺制作。(三)有益效果本专利技术提供了一种基于IIC协议的双检测方式传感器控制接口电路，其包括电压分压法和频率法双检测方式的气体传感器控制接口电路，与传统的气体检测系统的后端电路比，其优点在于：1.本专利技术包括了电压分压法以及频率测量法两种常用的测量方法，避免了单测试方法存在的缺陷，可以根据不同的应用需求来选用不同的测试方法，整个系统更加灵活，既保证了系统的测量精度，测量范围，同时又保证了测量过程的速度。2.本专利技术基于SMIC180nm芯片制造工艺，成品面积小于2mm2，可与相应传感器芯片直接封装于特制的外壳中构成一个完整的气体测试系统，总面积不超过1cm2，具有很好的便携性，适应现在科技发展对气体检测系统的需求，同时整体制造成本低，适合批量生产。3.本专利技术包括了一个IIC接口电路，IIC接口电路应用十分广泛，在很多嵌入式系统中都有所应用。本专利技术提供的电路可以直接与很多系统连接使用，通用性极强，不需要依赖特殊的实验仪器。附图说明图1为本专利技术实施例中的电路整体结构示意图；图2为本专利技术实施例中的信号处理模块电路的结构示意图；图3为本专利技术实施例中的数字模块框图，包括数字控制模块和IIC接口模块；图4为本专利技术实施例中的电源模块的电路结构示意图；图5为本专利技术实施例中的电压分压法信号通路电路结构示意图；图6为本专利技术实施例中的频率测量法信号通路电路结构示意图；图7为本专利技术实施例中的电源模块的线性稳压源电路结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。在本专利技术的一个实施例中，提供一种基于IIC协议的双测试方法气体传感器控制接口电路，如图1所示包括：信号处理模块，用于通过两种不同的方法分别将电阻变化转换为电压变化，并将采集到的模拟电压信号转变为数字信号；数字控制模块，与所述信号处理模块的输出端连接，用于存储所述信号处理模块输出的数字信号，同时控制整个系统工作状态，提供系统所需的分频时钟；IIC接口模块，与所述数字控制模块输出端连接，用于接收外部控制信息，并根据要求传递存储的数据。在本实施例中，所述信号处理模块包括：第一信号通路和第二信号通路，且所述第一信号通路和所述第二信号通路并联于所述信号处理模块的输入端和输出端。其中，两条信号通路分别为两种不同的测试方法的电路通路。在本实施例中，所述第一信号通路如图2所示，包括：电阻变化转电压变化测量电路，用于将电阻变化转换为对应的模拟信号；低通滤波电路，与所述电阻变化转电压变化测量电路相连，用于将所述模拟信号进行滤波整流；模拟信号转数字信号电路，与所述低通滤波电路和所述信号处理模块的输出端相连，用于将滤波后的模拟信号转换为数字信号。其中，所述电阻变化转电压变化测量电路可以是差分固定阻值电阻分压电路；所述低通滤波电路可以基于闭环运算放大器，且所述闭环运算放大器可以包括带反馈的2阶米勒放大器，用于通过所述电源模块提供的一个较大幅值电源来获得较大的电压输出范围；所述模拟信号转数字信号电路可以是10位的逐渐逼近型模数转换器。当外部控制使用电压分压法测量即第一信号通路时，所述电阻变化转电压变化测量电路与所述传感器敏感电阻相连，检测到敏感气体后，电源模块提供一个固定电压，传感器的敏感电阻和电阻变化转电压变化测量电路的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于IIC协议的双测试方法气体传感器控制接口电路，包括：信号处理模块，用于通过两种不同的方法分别将电阻变化转换为电压变化，并将采集到的模拟电压信号转变为数字信号；数字控制模块，与所述信号处理模块的输出端连接，用于存储所述信号处理模块输出的数字信号，同时控制整个系统工作状态，提供系统所需的分频时钟；IIC接口模块，与所述数字控制模块输出端连接，用于接收外部控制信息，并根据要求传递存储的数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于IIC协议的双测试方法气体传感器控制接口电路，包括：信号处理模块，用于通过两种不同的方法分别将电阻变化转换为电压变化，并将采集到的模拟电压信号转变为数字信号；数字控制模块，与所述信号处理模块的输出端连接，用于存储所述信号处理模块输出的数字信号，同时控制整个系统工作状态，提供系统所需的分频时钟；IIC接口模块，与所述数字控制模块输出端连接，用于接收外部控制信息，并根据要求传递存储的数据。2.根据权利要求1所述的基于IIC协议的双测试方法气体传感器控制接口电路，其特征在于，所述信号处理模块包括：第一信号通路和第二信号通路，且所述第一信号通路和所述第二信号通路并联于所述信号处理模块的输入端和输出端。3.根据权利要求2所述的基于IIC协议的双测试方法气体传感器控制接口电路，其特征在于，所述第一信号通路包括：电阻变化转电压变化测量电路，用于将电阻变化转换为对应的模拟信号；低通滤波电路，与所述电阻变化转电压变化测量电路相连，用于将所述模拟信号进行滤波整流；模拟信号转数字信号电路，与所述低通滤波电路和所述信号处理模块的输出端相连，用于将滤波后的模拟信号转换为数字信号。4.根据权利要求2所述的基于IIC协议的双测试方法气体传感器控制接口电路，其特征在于，所述第二信号通路包括：电阻变化转电压方波信号电路，用于将电阻变...

【专利技术属性】
技术研发人员：许磊，汪进，陈闽强，李春领，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34