翠展微电子(上海)有限公司(Grecon)日前宣布推出一款针对人体被动红外(PIR)应用的可编程式超低功耗数字调理芯片 M8601。采用该芯片的数字式热释电探头,通过该传感器的陶瓷敏感元检测出人体红外辐射信号,探头内部的信号调理芯片再进行数字化采样、滤波以及逻辑运算。通过对芯片内部的寄存器进行配置,把经过处理之后的数字信号或 I/O 信号以单线通信模式(兼容 DOCI)传输给外部单片机或负载电路。在正常工作模式下芯片工作电压范围是 1.4V-3.6V,芯片具有极低的功耗电流,在工作电压 3V 条件下,整个探头的功耗低于 3µA。

 

M8601 是一款超低功耗可编程信号调理芯片,可以根据用户的实际使用需求,通过外部单片机对其内部的寄存器进行配置,把芯片设置成人体移动检测模式,或者是 PIR 信号数字采样模式。该芯片集成了传统模拟探头 JFET 的功能以及除电容以外的绝大部分周边电路,外部电路极为精简(参看下图 1),专门为电池驱动的无线运动传感器应用场景量身定做。该芯片设计有两个 PIR 输入引脚,陶瓷敏感元可以采取差分输入或者共模输入方式与之相连。同时,芯片与外部电路的通信也只需要两根信号线便可实现,即单片机对芯片的配置总线 SERIN,以及芯片对外输出的信号线 INT/DOCI。

 


在实际应用中,可以利用芯片的低功耗以及可编程特性,把芯片设置成人体运动检测模式。当检测区域内有人体移动时,探头的敏感元识别到红外信号之后传输给内部的数字信号调理芯片 M8601。经过 M8601 进行数字运算,最后输出高电平的中断信号,来唤醒外部电路或负载。该芯片目前处于量产状态,可以批量向用户提供 DFN 封装、晶圆或者用户定制的其他封装形式的产品。

 

芯片的 INT/DOCI 是一个具有双功能的引脚,可以同时用作运动触发事件的中断输出以及原始 PIR 信号的输出。通过对 M8601 进行必要的编程使其工作在人体运动检测模式,当 M8601 产生一个触发事件之后,并通过 INT/DOCI 引脚输出高电平信号给外部单片机。单片机收到这个信号之后,可以在不需要重新配置 M8601 的情况下,立刻进入 PIR 信号读数模式状态,通过该引脚(INT/DOCI)直接读取 PIR 信号的大小,进一步判断芯片检测到的运动信号幅值是否超过了预设的触发阈值。利用这一特性,可以实现系统防误报功能。

 

M8601 内部包含有一个分辨率是 14 位的高精度 ADC 转换器,通过相应的设置,可以分别采样 PIR 模拟电压信号以及片上的温度信号。然后通过片内的数字电路进行运算和处理。芯片内部逻辑电路再把经过逻辑运算后的数字信号或者运动触发中断信号传输到 INT/DOCI 接口,最后,外部单片机识别到该信号之后再作进一步处理。

 

除上述特点以外,M8601 还具备独特的防误报功能。当 M8601 配置在人体运动检测工作模式条件下,一旦芯片检测到人体移动信号并且通过 INT/DOCI 接口发出 Motion 中断,外部单片机识别到中断信号之后无需重新配置,可以通过 INT/DOCI 接口立刻进行数据采集得到原始 PIR 信号。然后,单片机再按照预先设定的算法,对 INT/DOCI 接口采集到的 PIR 原始数据以及之前收到的 Motion 中断信号进行逻辑运算,可以进一步判断是否为真实的人体运动信号还是误报。芯片的这一功能在很多需要防误报的应用场景中非常重要,如监控摄像机、高端远程监控报警器、红外摄像机等等。详细工作的时序图如下图 2。


 

主要特点:

  • 芯片可编程检测机制及工作模式

 

  • 兼容模拟探头及集成式探头方案

 

  • 宽电压工作范围 1.4V-3.6V

 

  • 极低的工作电流,3µA 典型值

 

  • 兼容差模、共模 PIR 信号输入方式

 

  • 内置片上温度传感器可实现温度补偿

 

  • 上电后系统可快速稳定

 

应用领域: 

  • 无线人体入侵探测器

 

  • 电池驱动的应用领域

 

  • 应急照明系统

 

  • 红外摄像机

 

  • 工业领域安防、报警

 

  • 智能楼宇、智能照明、智能家居

    

典型应用电路:M8601 与模拟探头匹配使用


 

图 3 的方案是 M8601 和结合传统模拟探头的典型应用电路,模拟探头检测的信号经前置硬件滤波电路之后传给 M8601 的输入级,然后 M8601 根据外部单片机的配置模式(通过 SERIN 引脚配置)进行工作。可以根据用户的实际需求,把 M8601 配置成数字采样模式,或者是人体运动检测模式。芯片根据内部运算逻辑,输出相应的数字信号或者是中断信号来唤醒外部单片机或者设备。在上面这个应用电路中,芯片内部的 LDO (引脚是 VPIR)是屏蔽的,在实际使用的时候,也可以把这个电源引出来给模拟探头供电,进一步地简化电路。

    

典型应用电路:集成式 PIR 数字探头

 


图 4 的方案是内部集成式了 M8601 芯片的 PIR 数字探头。探头与外部电路只需 4 个引脚相连,即电源 VDD,“地”VSS,探头配置端口 SERIN, 以及中断及信号输出口 INT/DOCI。系统上电之后,外部单片机首先通过 SERIN 接口对数字探头进行编程和配置,然后根据相应的配置模式,通过 INT/DOCI 输出对应的信号。相比之前的数字探头,采用 M8601 芯片的探头功耗大大降低,外部电路也仅需要在靠近 VDD 引脚的地方增加一个陶瓷电容即可,电路非常简单。同时,独特的防误触发功能以及自检功能也为终端用户以及探头厂家带来极大的便利,不但提升产品性能的也节约了后续的检测成本。