可編程式超低功耗數(shù)字調(diào)理芯片M8601的性能特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域分析

翠展微電子（上海）有限公司（Grecon）日前宣布推出一款針對人體被動(dòng)紅外（PIR）應(yīng)用的可編程式超低功耗數(shù)字調(diào)理芯片M8601。采用該芯片的數(shù)字式熱釋電探頭，通過該傳感器的陶瓷敏感元檢測出人體紅外輻射信號，探頭內(nèi)部的信號調(diào)理芯片再進(jìn)行數(shù)字化采樣、濾波以及邏輯運(yùn)算。通過對芯片內(nèi)部的寄存器進(jìn)行配置，把經(jīng)過處理之后的數(shù)字信號或I/O信號以單線通信模式（兼容DOCI）傳輸給外部單片機(jī)或負(fù)載電路。在正常工作模式下芯片工作電壓范圍是1.4V-3.6V，芯片具有極低的功耗電流，在工作電壓3V條件下，整個(gè)探頭的功耗低于3μA。

M8601是一款超低功耗可編程信號調(diào)理芯片，可以根據(jù)用戶的實(shí)際使用需求，通過外部單片機(jī)對其內(nèi)部的寄存器進(jìn)行配置，把芯片設(shè)置成人體移動(dòng)檢測模式，或者是PIR信號數(shù)字采樣模式。該芯片集成了傳統(tǒng)模擬探頭JFET的功能以及除電容以外的絕大部分周邊電路，外部電路極為精簡（參看下圖1），專門為電池驅(qū)動(dòng)的無線運(yùn)動(dòng)傳感器應(yīng)用場景量身定做。該芯片設(shè)計(jì)有兩個(gè)PIR輸入引腳，陶瓷敏感元可以采取差分輸入或者共模輸入方式與之相連。同時(shí)，芯片與外部電路的通信也只需要兩根信號線便可實(shí)現(xiàn)，即單片機(jī)對芯片的配置總線SERIN，以及芯片對外輸出的信號線INT/DOCI。

圖1M8601 可編程數(shù)PIR信號調(diào)理芯片， 結(jié)合了數(shù)字PIR芯片和智能人體運(yùn)動(dòng)檢測功能

在實(shí)際應(yīng)用中，可以利用芯片的低功耗以及可編程特性，把芯片設(shè)置成人體運(yùn)動(dòng)檢測模式。當(dāng)檢測區(qū)域內(nèi)有人體移動(dòng)時(shí)，探頭的敏感元識(shí)別到紅外信號之后傳輸給內(nèi)部的數(shù)字信號調(diào)理芯片M8601。經(jīng)過M8601進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，最后輸出高電平的中斷信號，來喚醒外部電路或負(fù)載。該芯片目前處于量產(chǎn)狀態(tài)，可以批量向用戶提供DFN封裝、晶圓或者用戶定制的其他封裝形式的產(chǎn)品。

芯片的INT/DOCI是一個(gè)具有雙功能的引腳，可以同時(shí)用作運(yùn)動(dòng)觸發(fā)事件的中斷輸出以及原始PIR信號的輸出。通過對M8601進(jìn)行必要的編程使其工作在人體運(yùn)動(dòng)檢測模式，當(dāng)M8601產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)事件之后，并通過INT/DOCI引腳輸出高電平信號給外部單片機(jī)。單片機(jī)收到這個(gè)信號之后，可以在不需要重新配置M8601的情況下，立刻進(jìn)入PIR信號讀數(shù)模式狀態(tài)，通過該引腳（INT/DOCI）直接讀取PIR信號的大小，進(jìn)一步判斷芯片檢測到的運(yùn)動(dòng)信號幅值是否超過了預(yù)設(shè)的觸發(fā)閾值。利用這一特性，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)防誤報(bào)功能。

M8601內(nèi)部包含有一個(gè)分辨率是14位的高精度ADC轉(zhuǎn)換器，通過相應(yīng)的設(shè)置，可以分別采樣PIR模擬電壓信號以及片上的溫度信號。然后通過片內(nèi)的數(shù)字電路進(jìn)行運(yùn)算和處理。芯片內(nèi)部邏輯電路再把經(jīng)過邏輯運(yùn)算后的數(shù)字信號或者運(yùn)動(dòng)觸發(fā)中斷信號傳輸?shù)絀NT/DOCI接口，最后，外部單片機(jī)識(shí)別到該信號之后再作進(jìn)一步處理。

除上述特點(diǎn)以外，M8601還具備獨(dú)特的防誤報(bào)功能。當(dāng)M8601配置在人體運(yùn)動(dòng)檢測工作模式條件下，一旦芯片檢測到人體移動(dòng)信號并且通過INT/DOCI接口發(fā)出Motion中斷，外部單片機(jī)識(shí)別到中斷信號之后無需重新配置，可以通過INT/DOCI接口立刻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集得到原始PIR信號。然后，單片機(jī)再按照預(yù)先設(shè)定的算法，對INT/DOCI接口采集到的PIR原始數(shù)據(jù)以及之前收到的Motion中斷信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算，可以進(jìn)一步判斷是否為真實(shí)的人體運(yùn)動(dòng)信號還是誤報(bào)。芯片的這一功能在很多需要防誤報(bào)的應(yīng)用場景中非常重要，如監(jiān)控?cái)z像機(jī)、高端遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警器、紅外攝像機(jī)等等。詳細(xì)工作的時(shí)序圖如下圖2。

圖2 M8601防誤報(bào)功能：在Motion模式下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

主要特點(diǎn)：

· 芯片可編程檢測機(jī)制及工作模式

· 兼容模擬探頭及集成式探頭方案

· 寬電壓工作范圍1.4V-3.6V

· 極低的工作電流，3μA典型值

· 兼容差模、共模PIR信號輸入方式

· 內(nèi)置片上溫度傳感器可實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償

· 上電后系統(tǒng)可快速穩(wěn)定

應(yīng)用領(lǐng)域：

· 無線人體入侵探測器

· 電池驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用領(lǐng)域

· 應(yīng)急照明系統(tǒng)

· 紅外攝像機(jī)

· 工業(yè)領(lǐng)域安防、報(bào)警

· 智能樓宇、智能照明、智能家居

典型應(yīng)用電路：M8601與模擬探頭匹配使用

圖3 M8601外置模擬探頭工作模式

圖3的方案是M8601和結(jié)合傳統(tǒng)模擬探頭的典型應(yīng)用電路，模擬探頭檢測的信號經(jīng)前置硬件濾波電路之后傳給M8601的輸入級，然后M8601根據(jù)外部單片機(jī)的配置模式（通過SERIN引腳配置）進(jìn)行工作?？梢愿鶕?jù)用戶的實(shí)際需求，把M8601配置成數(shù)字采樣模式，或者是人體運(yùn)動(dòng)檢測模式。芯片根據(jù)內(nèi)部運(yùn)算邏輯，輸出相應(yīng)的數(shù)字信號或者是中斷信號來喚醒外部單片機(jī)或者設(shè)備。在上面這個(gè)應(yīng)用電路中，芯片內(nèi)部的LDO （引腳是VPIR）是屏蔽的，在實(shí)際使用的時(shí)候，也可以把這個(gè)電源引出來給模擬探頭供電，進(jìn)一步地簡化電路。

典型應(yīng)用電路：集成式PIR數(shù)字探頭

圖4內(nèi)部集成了M8601的可編程式PIR數(shù)字探頭

圖4的方案是內(nèi)部集成式了M8601芯片的PIR數(shù)字探頭。探頭與外部電路只需4個(gè)引腳相連，即電源VDD，“地”VSS，探頭配置端口SERIN， 以及中斷及信號輸出口INT/DOCI。系統(tǒng)上電之后，外部單片機(jī)首先通過SERIN接口對數(shù)字探頭進(jìn)行編程和配置，然后根據(jù)相應(yīng)的配置模式，通過INT/DOCI輸出對應(yīng)的信號。相比之前的數(shù)字探頭，采用M8601芯片的探頭功耗大大降低，外部電路也僅需要在靠近VDD引腳的地方增加一個(gè)陶瓷電容即可，電路非常簡單。同時(shí)，獨(dú)特的防誤觸發(fā)功能以及自檢功能也為終端用戶以及探頭廠家?guī)順O大的便利，不但提升產(chǎn)品性能的也節(jié)約了后續(xù)的檢測成本。

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