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技巧 光学传感器级芯片IC简化手持式光谱仪设计

2018-08-26 16:07编辑:qdkasite.com人气:


在近红外(NIR)或可见光谱光学光谱提供了在宽范围的应用表征物质的简单分析方法。然而,合适的设备的成本和尺寸把技术出来的新兴机会接触不到的地方,特别是在移动和手持设备。

也就是说,直到最近。现在,单芯片多通道频谱分析仪从可用性AMS创建,旨在为便携式光学光谱会议的新兴需求开发一个简单的解决方案。

如何光谱分析作品

光谱分析的概念很简单。照明目标与适当的光源后,反射分光计使用滤光器来捕获的光的不同的波长被反射离开目标。注意,吸收光谱仪类似地操作,但捕捉到保持在源照明穿过目标液体溶液后的波长。

因为目标的材料吸收的特性组波长,反射光的分析可以揭示关于目标的化学组成的信息。从天文学,化学和物理学其开创性的使用,这基本技术已经走出实验室,可实现在药理学,医学和电信企业级应用浩如烟海。

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今天,开发商正在寻找使这些技术可在更广泛的社会阶层的家庭,企业和工业领域的大众市场应用。不同于传统的应用程序,这些依靠日常应用,如货币验证,证实了食品和饮料的纯度,并检查木材和木结构的完整性容易获得低成本的手持式频谱分析仪。

事实上,能够轻松在家庭和工作特点的材料,而不是携带样品到昂贵的台式分析仪的功能,为用户,打开了产品开发广泛的机会。

直到最近,设计师希望光谱学应用到大众市场已通过其庞大的规模,复杂性和成本传统频谱分析仪的设计限制步履蹒跚。然而在实践中,传统的分析仪的设计不适合这些应用的理想搭配。对于许多新兴应用的频谱分析要求大大高于那些面临一个科学家较为温和。

很少有这些大众市场应用面临传统应用的严格性能要求。相反,开发商瞄准大众市场频谱分析应用面临最小尺寸,低功耗和易用性更熟悉手机设计要求。通过在一个芯片上集成光学光谱仪,AMS为设计者提供了满足这些要求的一种可行的方法。

单芯片光谱仪

该AMS AS7262和AS7263 IC是完整的单芯片设计光谱仪分别以识别在可见光和近红外光谱的波长。每个器件集成用于光学光谱法,包括驱动外部发光二极管照亮目标所需的所有关键部件,和多光谱光学感测单元以捕获反射的波长(见图1)。

AMS可见光AS7262的图和NIR AS7263芯片

图1:AMS可见光AS7262和AS7263 NIR集成电路整合多通道光谱传感器,光谱识别(Spectral_ID)引擎,以及用于外部LED驱动器,使开发人员能够实现多光谱分析仪具有很少的额外组件。(图像源:AMS)

一个集成的光谱识别(Spectral_ID)引擎处理传感器信号,产生光谱数据的结果,一个主机MCU可以通过支持的I访问2 C / UART接口使用几个简单的命令。最后,一个集成的SPI主子系统提供了外部闪存连接。甚至与他们相当大的能力,这些4.5毫米X4.7毫米LGA装置仅消耗5在正常工作模式毫安(mA),和12微安(μA)在待机模式下在它们的标称3.3伏电源。

如前所述,频谱分析依赖于当由一些已知光源照亮识别由目标反射的波长。通过仔细地选择光源,开发者可以在感兴趣的特定波长优化他们的分析。与AMS设备,开发人员可以使用片上LED驱动器控制多达两个LED,从而允许在相同的设计中使用的不同的照射/波长谱。通过设置设备寄存器,开发人员可以使用该设备的可编程LED电流水平打开外部LED开启或关闭,以及控制强度。一个驱动器输出,LED_IND, 幸运飞艇,在1mA,2毫安, 幸运飞艇,4毫安或8毫安提供电流。另一驱动器,LED_DRV,生成12.5毫安25毫安,50毫安或百毫安电流输出。

片上的LED驱动器开发者提供在控制复杂的分析器设计多个光源显著灵活性。对于这种设计的检测器侧,集成光谱感测系统处理多光谱数据采集的所有方面。设计人员不需要添加任何额外的信号调节组件来实现频谱分析。每个器件集成了六通道光谱传感器阵列收集的反射光。一个片上,16位模拟数字转换器(ADC)对由每个通道的光电二极管中产生的电流,提供了个体信道的结果的芯片的Spectral_ID发动机。

多光谱感测设计

对于这些设备,AMS采用一种新颖的多光谱感测设计,以帮助确保设备的可靠性和易用性。使用常规的半导体工艺技术,AMS构建纳米级光学干涉通过以精确的一系列掩模步骤沉积的材料层直接过滤在硅管芯。结果是一组六个精确地构造的光信道,在40纳米(nm),用于在可见光谱AS7262半最大值(FWHM)带宽提供与全宽高斯滤波器的特性,并且仅有20纳米的用于NIR的FWHM带宽频谱AS7263。

(来源:中国仪器网)

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