翠展微電子推出可編程超低功耗熱釋電信號調理晶片M8601

2020-12-01 電子工程專輯

2020年11月24日上海訊，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紅外（PIR）應用的可編程式超低功耗數字調理晶片M8601。採用該晶片的數字式熱釋電探頭，通過該傳感器的陶瓷敏感元檢測出人體紅外輻射信號，探頭內部的信號調理晶片再進行數位化採樣、濾波以及邏輯運算。通過對晶片內部的寄存器進行配置，把經過處理之後的數位訊號或I/O信號以單線通信模式（兼容DOCI）傳輸給外部單片機或負載電路。在正常工作模式下晶片工作電壓範圍是1.4V-3.6V，晶片具有極低的功耗電流，在工作電壓3V條件下，整個探頭的功耗低於3µA。SoXEETC-電子工程專輯

M8601是一款超低功耗可編程信號調理晶片，可以根據用戶的實際使用需求，通過外部單片機對其內部的寄存器進行配置，把晶片設置成人體移動檢測模式，或者是PIR信號數字採樣模式。該晶片集成了傳統模擬探頭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），專門為電池驅動的無線運動傳感器應用場景量身定做。該晶片設計有兩個PIR輸入引腳，陶瓷敏感元可以採取差分輸入或者共模輸入方式與之相連。同時，晶片與外部電路的通信也只需要兩根信號線便可實現，即單片機對晶片的配置總線SERIN,以及晶片對外輸出的信號線INT/DOCI。SoXEETC-電子工程專輯

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圖1  M8601 可編程數PIR信號調理晶片， 結合了數字PIR晶片和智能人體運動檢測功能SoXEETC-電子工程專輯

在實際應用中，可以利用晶片的低功耗以及可編程特性，把晶片設置成人體運動檢測模式。當檢測區域內有人體移動時，探頭的敏感元識別到紅外信號之後傳輸給內部的數位訊號調理晶片M8601。經過M8601進行數字運算，最後輸出高電平的中斷信號，來喚醒外部電路或負載。該晶片目前處於量產狀態，可以批量向用戶提供DFN封裝、晶圓或者用戶定製的其他封裝形式的產品。SoXEETC-電子工程專輯

晶片的INT/DOCI是一個具有雙功能的引腳，可以同時用作運動觸發事件的中斷輸出以及原始PIR信號的輸出。通過對M8601進行必要的編程使其工作在人體運動檢測模式，當M8601產生一個觸發事件之後，並通過INT/DOCI引腳輸出高電平信號給外部單片機。單片機收到這個信號之後，可以在不需要重新配置M8601的情況下，立刻進入PIR信號讀數模式狀態，通過該引腳（INT/DOCI）直接讀取PIR信號的大小，進一步判斷晶片檢測到的運動信號幅值是否超過了預設的觸發閾值。利用這一特性，可以實現系統防誤報功能。SoXEETC-電子工程專輯

M8601內部包含有一個解析度是14位的高精度ADC轉換器，通過相應的設置，可以分別採樣PIR模擬電壓信號以及片上的溫度信號。然後通過片內的數字電路進行運算和處理。晶片內部邏輯電路再把經過邏輯運算後的數位訊號或者運動觸發中斷信號傳輸到INT/DOCI接口，最後，外部單片機識別到該信號之後再作進一步處理。SoXEETC-電子工程專輯

除上述特點以外，M8601還具備獨特的防誤報功能。當M8601配置在人體運動檢測工作模式條件下，一旦晶片檢測到人體移動信號並且通過INT/DOCI接口發出Motion中斷，外部單片機識別到中斷信號之後無需重新配置，可以通過INT/DOCI接口立刻進行數據採集得到原始PIR信號。然後，單片機再按照預先設定的算法，對INT/DOCI接口採集到的PIR原始數據以及之前收到的Motion中斷信號進行邏輯運算，可以進一步判斷是否為真實的人體運動信號還是誤報。晶片的這一功能在很多需要防誤報的應用場景中非常重要，如監控攝像機、高端遠程監控報警器、紅外攝像機等等。詳細工作的時序圖如下圖2。SoXEETC-電子工程專輯

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圖2  M8601防誤報功能：在Motion模式下進行數據採集SoXEETC-電子工程專輯

主要特點：

  • 晶片可編程檢測機制及工作模式
  • 兼容模擬探頭及集成式探頭方案
  • 寬電壓工作範圍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
  • 內置片上溫度傳感器可實現溫度補償
  • 上電後系統可快速穩定

應用領域：

  • 無線人體入侵探測器
  • 電池驅動的應用領域
  • 應急照明系統
  • 紅外攝像機
  • 工業領域安防、報警
  • 智能樓宇、智能照明、智能家居

典型應用電路：M8601與模擬探頭匹配使用

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圖3  M8601外置模擬探頭工作模式SoXEETC-電子工程專輯

圖3的方案是M8601和結合傳統模擬探頭的典型應用電路，模擬探頭檢測的信號經前置硬體濾波電路之後傳給M8601的輸入級，然後M8601根據外部單片機的配置模式（通過SERIN引腳配置）進行工作。可以根據用戶的實際需求，把M8601配置成數字採樣模式，或者是人體運動檢測模式。晶片根據內部運算邏輯，輸出相應的數位訊號或者是中斷信號來喚醒外部單片機或者設備。在上面這個應用電路中，晶片內部的LDO （引腳是VPIR）是屏蔽的，在實際使用的時候，也可以把這個電源引出來給模擬探頭供電，進一步地簡化電路。SoXEETC-電子工程專輯

典型應用電路：集成式PIR數字探頭

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圖4 內部集成了M8601的可編程式PIR數字探頭SoXEETC-電子工程專輯

圖4的方案是內部集成式了M8601晶片的PIR數字探頭。探頭與外部電路只需4個引腳相連，即電源VDD,「地」VSS，探頭配置埠SERIN, 以及中斷及信號輸出口INT/DOCI。系統上電之後，外部單片機首先通過SERIN接口對數字探頭進行編程和配置，然後根據相應的配置模式，通過INT/DOCI輸出對應的信號。相比之前的數字探頭，採用M8601晶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陶瓷電容即可，電路非常簡單。同時，獨特的防誤觸發功能以及自檢功能也為終端用戶以及探頭廠家帶來極大的便利，不但提升產品性能的也節約了後續的檢測成本。SoXEETC-電子工程專輯

責編：Luffy LiuSoXEETC-電子工程專輯

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