基于CN-0365模拟前端参考设计的高可靠精密数据采集与控制平台

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在许多恶劣环境系统中,一个不断增长的趋势是高精密 电子 器件离高温区域越来越近。这一趋势背后有多个推动因素,在能源勘探、航空航天、汽车、重

  在许多恶劣环境系统中,一个不断增长的趋势是高精密电子器件离高温区域越来越近。这一趋势背后有多个推动因素,在能源勘探、航空航天、汽车、重工业和其他终端应用中都有体现。1 例如,在能源勘探领域,环境温度增幅为深度的函数,相关设备的典型工作温度为175°C及以上。受尺寸和功率限制,有源冷却不太实际,热对流非常有限。在其他系统中,需要把传感器和信号调理节点置于高温区域附近,比如发动机、刹车系统或高功率能源转换电子器件,以提高系统的整体可靠性或降低成本。

  从历史上来看,工程师要为这些应用设计出可靠的高性能电子器件是非常困难的事,因为市场上缺少制造商为这些工作条件生产指定的组件。幸运的是,近年来出现了越来越多的(IC和无源)组件,制造商指定的工作温度高达175°C及以上。另外,最近的参考设计也偏重于性能,将部分这些组件在信号链子系统中结合起来,实现精密数据采集,以使系统设计师能更快地采用相关技术(如 CN-0365),并帮助他们降低设计风险、缩短上市时间。但在此之前,在高温精密数据采集方面,距离特性良好、广泛可用的全功能平台还存在一些差距。

  在本文中,我们将介绍一种新型高温精密数据采集与处理平台,其工作温度高达200°C。该平台包括一个高温电路组件,以及一个数据采集前端和微控制器、优化的固件、数据采集与分析软件、源代码、设计文件、材料清单和测试报告。该平台适合参考设计、快速原型制作和高温仪器仪表系统实验室测试。电路组件的尺寸和结构均经过特别设计,可兼容石油天然气仪器仪表的尺寸要求,但也可作为其他高温应用的基础。

  硬件架构概述

  油气勘探中使用的仪器仪表(也称为井下工具)与许多精密数据采集与控制平台类似,但对性能和可靠性有着具体的要求,可以作为本参考平台的案例进行研究。在该应用中,系统来自各类传感器的信号采样,以收集与周围地质构造相关的信息。这些传感器可能是电极、线圈、压电传感器或其他传感器。加速度计、磁力计和陀螺仪可以提供有关钻柱的倾角和转速信息。这些传感器中有一些的带宽要求极低,其他传感器则能提供音频频率范围内或以上的信息。需要使用多个采集通道,还必须在高温(一般为175°C及以上)下维持高精度。另外,这些仪器仪表中很大一部分采用电池供电,或者可用电能有限,因此,必须具有低功耗和多个工作模式的特点,以实现功耗优化。

  在有关电子系统的要求以外,井下应用还存在机械上的限制,可能决定着电子组件的尺寸,也可能会影响组件的封装和选择。对于后一个问题,我们将在后面各节里详细讨论,目前要注意的是,这一段的电路组件一般对

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