舌簧開關(guān)在低功耗計量應(yīng)用中的五大優(yōu)勢

　　1 低功耗計量應(yīng)用的要求

　　適合自動抄表(AMR)系統(tǒng)的煤氣表和水表需要功耗很少的傳感器。水和煤氣的用量通常是由連接至一個旋轉(zhuǎn)軸的磁體測量的。每轉(zhuǎn)一次都會轉(zhuǎn)換成一個電信號并且由一個嵌入式控制器將其累計。

　　低功耗是這些系統(tǒng)中一個關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)。此外，在無需更換電池的前提下，這些計量表的預(yù)期使用壽命通常為20年。因此，節(jié)約電池電量是延長電源的可用壽命的關(guān)鍵。

　　2 固態(tài)傳感技術(shù)

　　如前所述，一些設(shè)計工程師在低功耗計量應(yīng)用中選擇的是固態(tài)傳感技術(shù)，包括磁阻傳感器和霍爾效應(yīng)傳感器。磁阻傳感器是單片集成電路器件，內(nèi)置有與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電路匹配的電阻元件。當(dāng)暴露于磁場時，磁阻器件的電阻會隨磁場的方向變化而變化。這種電阻上的變化可以用來檢測外加磁場的變化。磁阻傳感器可以起到非接觸開關(guān)的作用，且電流消耗極低，靈敏度和可靠性高。然而，典型的磁阻傳感器會持續(xù)不斷地消耗少量電流。

　　霍爾效應(yīng)傳感器是基于半導(dǎo)體的換能器，可以針對磁場的變化而改變輸出電壓。這些傳感器將霍爾傳感元件與電路結(jié)合在一起，提供與磁場變化相對應(yīng)的數(shù)字開/關(guān)功能，而無需任何活動件。

　　和磁阻傳感器一樣，霍爾效應(yīng)傳感器也會持續(xù)不斷地消耗少量電流。磁阻傳感器和霍爾效應(yīng)傳感器對于許多低功耗、電池供電的應(yīng)用來說并不是理想選擇，因為它們不符合精度和功率的嚴(yán)格要求。

　　3 舌簧開關(guān)技術(shù)

　　舌簧開關(guān)雖然被視為是一項成熟的技術(shù)，由于其易用性和可靠的性能，在低功耗應(yīng)用中一直是一種受歡迎的選擇。舌簧開關(guān)是一種由外加磁場控制的電子開關(guān)。這種開關(guān)由兩個或三個被稱為簧片的金屬薄片組成，在簧片的尖端有被隔開一小段距離的電鍍觸點(diǎn)。

　　簧片通常被封閉在充滿惰性氣體的密封玻璃管中。磁體或電磁體的磁場會使簧片彎曲，從而接通或斷開開關(guān)觸點(diǎn)。圖1所示的是舌簧開關(guān)的各種組件。

　　圖2顯示了舌簧開關(guān)在水表或煤氣表的流量監(jiān)測部分中的位置。

　　4 舌簧開關(guān)技術(shù)的五大優(yōu)勢

　　1、工作功耗低

　　與磁阻傳感器和霍爾效應(yīng)傳感器相比，舌簧開關(guān)所需的功率要低很多。這些微功率傳感技術(shù)通過使用主動傳感的低占空比而實現(xiàn)低功耗，這需要恒定的電流來運(yùn)行一個內(nèi)部的振蕩器。

　　而與此相反的是，舌簧開關(guān)是無源元件，其運(yùn)行不需要任何功率。一個低功耗舌簧開關(guān)配置包含與場效應(yīng)晶體管(FET)開關(guān)組合使用的兩個舌簧開關(guān)(見圖3)。舌簧開關(guān)可以被設(shè)計用來以真正的零功率感測旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，除非其中一個開關(guān)檢測到了運(yùn)動。

　　在圖3中，M為磁體;SW1和2為舌簧開關(guān)。當(dāng)SW1閉合時，SW2斷開。Q1被關(guān)閉，以防止功率消耗。當(dāng)SW2閉合時，微控制器喚醒，關(guān)閉Q2，接通Q1，并再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)。當(dāng)SW1閉合時，這些事件會以類似的順序發(fā)生。

　　另外，系統(tǒng)中已有的一個微控制器可以以10Hz的速率輪詢一個舌簧開關(guān)觸點(diǎn)，會產(chǎn)生大約10 µs/100 ms*10 µA = 1 nA的平均電流消耗。

　　與其他任何競爭技術(shù)相比，舌簧開關(guān)的功耗要低很多，通過降低電池尺寸要求而節(jié)約了顯著的成本。在功耗敏感的應(yīng)用中，舌簧開關(guān)是最大限度地提高功率效率的最佳解決方案。