应用领域：工业电子

方案类型：芯片级方案

方案概述

从低成本到石化和药品工厂中建立的极高精度与快速流量测量，工业设置中流量测量的应用要求有所不同。两种主要方法分别是磁感应式流量计和科氏流量计。

电磁流量计由缠绕磁线圈的非铁磁性管组成。管子内部隔离面中的电极与流经管子的液体(必须是导电液体)接触。管子周围的线圈在管内部生成磁场。该磁场可感应流体中产生的与管中流体速度成正比的电压。此电压通过电极测量。如果测量的电压很低，则需要进行精确的低噪声信号调节。

科氏流量计是可直接测量质量流量的常用流量计。通过对管子施加强磁场，使液体流经的管子以特定的谐振频率振荡。当液体开始流经管子时，将受到科氏力的作用。管子的振荡运动叠加在液体的直线运动之上，从而对管子施加扭力。这种扭力是由于管子任意一侧朝相反方向的科氏加速作用以及液体对垂直运动的阻力而产生。传感器电极同时置于入口和出口侧，将采集由此运动导致的时间差。由扭力引起的此类相移是质量流量的直接测量值。

激励技术：

磁场线圈可通过交流、直流或脉冲直流磁场激励。每种方法都有其利与弊，而根据特定的应用要求，一种方法可能优于另一种。TI 可提供用于激励磁场线圈的 PWM 驱动器和高压输出 DAC。

信号采集和处理：

低噪声仪表放大器连接精密 ADC，这是典型的信号链路径。TI 的高分辨率差动 ADC 功耗低、动态范围宽且噪声低。可用于数字化模拟输出，以实现高分辨率和精确测量。采用同步采样架构的多通道 ADC 可实现一次性进行多种测量(如温度、相位、密度等)。

接下来的校准例程和算法可在超低功耗 MSP430 上运行。如果需要更多信号处理能力，可以使用 TI 的 DSP 内核。TI 的低功耗 DSP 内核具有 FFT 加速器内核，后者可在短时间内计算 FFT，且只需极少的电流。DSP 的超低功耗架构可提供出色的信号处理能力，同时能通过 4-20mA 回路供电。

接口与通信：

传统模拟 (4 - 20mA) 接口仍然是工业控制和传感器应用的常见选择。其他常见协议包括 HART、Profibus 和 IO-Link。TI 的 IO-Link 接口产品集成了稳压器和诊断输出。此外，基于 IEEE 802.15.4 协议的无线选项越来越流行。TI 致力于同时为传统和新兴工业接口提供解决方案。

电源管理

现场发送器可由回路或专用电力线供电。线路供电发送器通常由 12V 或 24V 的电压轨供电。回路供电发送器由 4-20mA 回路供电。此类发送器要求极低功耗的架构，因为整个解决方案都要由回路供电。TI 提供具有低静态电流和低输出波纹的高效降压转换器，适用于线路供电和回路供电发送器。

精选子系统

方案主控器件

放大器

TLV379 – 适用于成本敏感型系统的低电压 4μA 轨至轨 I/O 运算放大器

TLV522 – 适用于成本敏感型系统的 500nA 纳瓦级功率、双通道、RRIO、CMOS 输入运算放大器

OPA2187 – 1µV Vos、0.005µV/°C、轨至轨输出、低功耗 36V 零漂移运算放大器

LMP7732 – 2.9nV/sqrt(Hz) 低噪声、RRIO 放大器

LMP7731 – 2.9 nV/sqrt(Hz) 低噪声、精密、RRIO 放大器

TLV333 – TLVx333 零漂移 CMOS 运算放大器

TLV2333 – TLVx333 零漂移 CMOS 运算放大器

OPA2192 – 低噪声、低静态电流、36V RRI/O 精密运算放大器、E-Trim™ 系列

OPA838 – 1mA 300MHz 增益带宽电压反馈运算放大器

THS4551 – 低噪声精密 150MHz 全差分放大器

OPA358 – 采用 SC70 封装的 3V 单电源 80MHz 高速运算放大器

LMH6551 – 差动、高速运算放大器

TLV2313 – TLVx313 1MHz、微功耗、RRIO、CMOS 运算放大器

TLV2314 – TLVx314 3MHz、低功耗、低噪声、RRIO、CMOS 运算放大器

TLV314 – TLVx314 3MHz、低功耗、低噪声、RRIO、CMOS 运算放大器

TLV27L2-Q1 – 汽车类 11μA/通道、160kHz RR 输出双路运算放大器

TLV2761 – 单路 1.8V 微功耗轨至轨单电源放大器

TLV2211 – 单路 LinCMOS™ 轨至轨微功耗运算放大器

INA180 – INA180 多通道电流感应放大器

INA240 – 电压输出、高/低侧测量、双向零漂移系列

INA211 – 26V、双向、零漂移、高精度、低侧/高侧、电压输出电流分流监控器

INA826 – undefined

INA188 – 36V、零漂移、轨到轨输出仪表放大器

INA333 – 低功耗、零漂移、精密仪表放大器

数据转换器

ADS7042 – 业界最小和功耗最低的具有 SPI 接口的 12 位、1 Msps SAR ADC

ADCS7476 – 采用 SOT-23 和 LLP 封装的 1MSPS、12-/10-/8 位 A/D 转换器

ADS124S08 – 低功耗、低噪声、高度集成、6/12 通道 24 位 ADC

ADS1115 – 具有集成 MUX、PGA、比较器、振荡器和参考的 16 位 ADC

ADS1203 – 10MHz 时钟频率、+/-250mV 输入、16 位分辨率、分流 Δ-Σ 调制器

ADS1220 – 具有 I2C 接口的超小型、低功耗 24 位模数转换器

开关和多路复用器

TMUX154E – 具有断电保护功能并提供 ESD 保护的 2 通道 2:1 开关

MUX509 – 36V 低电容、低泄漏电流、精密模拟多路复用器

MUX508 – 36V 低电容、低泄漏电流、精密模拟多路复用器

SN74LV4052A-Q1 – 汽车类双路 4 通道模拟多路复用器/多路解复用器

SN74LVC1G3157-Q1 – 汽车类单极双闸模拟开关

TS5A3166 – 1Ω SPST 模拟开关 5V/3.3V 单通道模拟开关

电源管理

REF3312 – 30ppm/C 漂移、3.9uA、SOT23-3、SC70-3 电压基准

REF2025 – 双输出 Vref 和 Vref/2 电压参考

REF3325 – 30ppm/C 漂移、3.9uA、SOT23-3、SC70-3 电压基准

REF3240 – 采用 SOT23-6 封装的 4.096V 输出 4ppm/C 漂移 100uA 系列(带隙)电压参考

传感器

DRV5032 – 超低功耗 1.65V 至 5.5V 霍尔效应开关传感器

【MSP430】

MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。

MSP430单片机称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。

MSP430特点

处理能力强

MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式(7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址)、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

运算速度快

MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加运算)相配合，能实现数字信号处理的某些算法(如FFT等)。

超低功耗

MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。

首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。因而可使其在1MHz 的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165μA左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1μA。

其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环(FLL 和FLL+)时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器(32.768kHz)DT-26 OR DT-38，也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。

由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式(AM)和五种低功耗模式(LPM0~LPM4)。在实时时钟模式下，可达2.5μA ，在RAM 保持模式下，最低可达0.1μA 。

片内资源丰富

MSP430 系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗(WDT)、模拟比较器A、定时器A0(Timer_A0)、定时器A1(Timer_A1)、定时器B0(Timer_B0)、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Σ-Δ ADC、DMA、I/O端口、基本定时器(Basic Timer)、实时时钟(RTC)和USB控制器等若干外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位;模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D 转换器;16 位定时器(Timer_A 和 Timer_B)具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等;有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用;具有较多的 I/O 端口，P0、P1、P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入;10/12位硬件 A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps ，能够满足大多数数据采集应用;能直接驱动液晶多达 160 段;实现两路的 12 位D/A转换;硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展;以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA模块。MSP430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。

另外，MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的低功耗状态时，中断唤醒只需5μs。

方便高效的开发环境

MSP430 系列有 OTP 型、 FLASH 型和 ROM 型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于 OTP 型和 ROM 型的器件是使用仿真器开发成功之后烧写或掩膜芯片;对于 FLASH 型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有 JTAG 调试接口，还有可电擦写的 FLASH 存储器，因此采用先下载程序到 FLASH 内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由 JTAG 接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台 PC 机和一个 JTAG 调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C 语言。

MSP430家族

430x1xx系列

基于闪存或 ROM 的超低功耗 MCU，提供 8MIPS，工作电压为 1.8V - 3.6V，具有高达 60KB 的闪存和各种高性能模拟及智能数字外设。

超低功耗低至：

0.1μA RAM (保持模式) 0.7μA (实时时钟模式) 200μA/MIPS (工作模式) 在 6μs 之内快速从待机模式唤醒

器件参数：

闪存选项：1KB – 60KB ROM 选项：1KB – 16KB RAM 选项：512B – 10KB GPIO 选项：14、22、48 引脚 ADC 选项：10 和 12 位斜率 SAR 其它集成外设：模拟比较器、DMA、硬件乘法器、SVS、12 位 DAC

430F2xx系列

基于闪存的超低功耗 MCU，在 1.8V - 3.6V 的工作电压范围内性能高达 16MIPS。包含极低功耗振荡器 (VLO)、内部上拉/下拉电阻和低引脚数选择。

超低功耗低至：

0.1μA RAM( 保持模式) 0.3μA (待机模式) (VLO) 0.7μA (实时时钟模式) 220μA/MIPS (工作模式) 在 1μs 之内超快速地从待机模式唤醒

器件参数：

闪存选项：1KB – 120KB RAM 选项：128B – 8KB GPIO 选项：10、16、24、32、48、64 引脚 ADC 选项：10 和 12 位斜率 SAR、16 位 Σ-Δ ADC 其它集成外设：模拟比较器、硬件乘法器、DMA、SVS、12 位 DAC、运算放大器

430C3xx系列

旧款的 ROM 或 OTP 器件系列，工作电压为 2.5V - 5.5V，高达 32KB ROM、4MIPS 和 FLL。

超低功耗低至：

0.1μA RAM (保持模式) 0.9μA( 实时时钟模式) 160μA/MIPS (工作模式) 在 6μs 之内快速从待机模式唤醒

器件参数：

ROM 选项：2KB – 32KB RAM 选项：512B – 1KB GPIO 选项：14、40 引脚 ADC 选项：14 位斜率 SAR 其它集成外设：LCD 控制器、硬件乘法器

430x4xx系列

基于 LCD 闪存或 ROM 的器件系列，提供 8-16MIPS，包含集成 LCD 控制器，工作电压为 1.8V-3.6V，具有 FLL 和 SVS。低功耗测量和医疗应用的理想选择。

超低功耗低，与430x1xx系列完全一致

器件参数：

闪存/ROM 选项：4kB – 120KB RAM 选项：256B – 8KB GPIO 选项：14、32、48、56、68、72、80 引脚 ADC 选项：10 和 12 位斜率 SAR、16 位 Σ-Δ ADC 其它集成外设：LCD 控制器、模拟比较器、12 位 DAC、DMA、硬件乘法器、运算放大器、USCI 模块

430F5xx系列

新款基于闪存的产品系列，具有最低工作功耗，在 1.8V-3.6V 的工作电压范围内性能高达 25MIPS。包含一个用于优化功耗的创新电源管理模块。

超低功耗低至：

0.1μA RAM (保持模式) 2.5μA (实时时钟模式 )165μA/MIPS (工作模式) 在 5μs 之内快速从待机模式唤醒

器件参数：

闪存选项：高达 256KB RAM 选项：高达 16KB ADC 选项：10 和 12 位 SAR 其它集成外设：USB、模拟比较器、DMA、硬件乘法器、RTC、USCI、12 位 DAC

430G2553

低电源电压范围：1.8v至3.6v。

超低功耗 运行模式： 230μA (在1MHz 频率和2.2V 电压条件下)

待机模式： 0.5μA

关闭模式(RAM 保持)： 0.1μA

5 种节能模式

· 用于模拟信号比较功能或者斜率模数(A/D) 转换的片载比较器

· 可在不到1μs 的时间里超快速地从待机模式唤醒

· 16 位精简指令集(RISC) 架构，62.5ns 指令周期时间

· 带内部基准、采样与保持以及自动扫描功能的10位200-ksps 模数(A/D) 转换器

· 基本时钟模块配置

– 具有四种校准频率并高达16MHz 的内部频率· 串行板上编程，

– 内部超低功耗低频(LF) 振荡器无需外部编程电压，

– 32kHz 晶振

– 外部数字时钟源· 具有两线制(Spy-Bi-Wire) 接口的片上仿真逻辑电路

· 两个16 位Timer_A，分别具有三个捕获/比较寄存路器

· 多达24 个支持触摸感测的I/O 引脚