2 演示硬件

圖 1-1 展示了基于 TPS8802 和 LP-MSPM0L1306 的演示板方框圖。此演示板包括一個鈕扣電池一氧化碳傳感器、一個基本的 3D 打印煙腔、一個用于報警通知的 3 端子壓電元件，以及狀態 LED 和按壓測試/靜音按鈕等常見功能。該硬件板還包含用于測量環境空氣溫度的 LMT84，該 LMT84 可與 Launchpad 上 MSPM0L1306 的內部溫度傳感器結合使用，以實現基本的感溫探測。在最簡單的用例中，該演示硬件使用 2 節 AA 電池供電，并使用 USB 電纜將 LaunchPad 插入 PC，以便使用本報告中所述的 GUI 進行數據采集或顯示。

雖然基本的 3D 打印煙腔設計用于僅測量多波長正向散射，但 PCB 包括 LED 和 PD 的替代位置，如圖 2-1 所示。這些替代位置支持使用 3 個 LED 和 1 個 PD 或 2 個 LED 加上 2 個 PD 實現（但不限于）以下腔室設計：僅正向散射（單波長或多波長）、多角度（單波長或多波長）。這樣一來，客戶便可以將此硬件與他們自己的腔室和光學設計結合使用，或評估多個設計。

圖 2-2 和圖 2-3 分別詳細展示了 LED 驅動器和 2 級跨阻放大器接收器的光電前端實現。演示軟件和 GUI 允許動態修改 LED 驅動強度和溫度系數設置。LED 驅動強度由 8 位 DAC 并使用 TPS8802 中的 PDACx 寄存器來控制。CSA 和 CSB 引腳連接到 MCU 的 ADC 通道，結果顯示在 GUI 中。通過將這些信息與 GUI 中用于 LED DAC 設置的滑塊相結合，可以根據溫度系數設置、外部電流設置電阻器和編程的 LED DAC 值，獲得實際 LED 驅動強度的即時反饋。同樣，對于跨阻放大器，可以使用 GUI 來動態修改 PGAIN 寄存器。每個 LED 均具備單獨的 PGAIN 設置，因此接收器增益會根據具體是哪個 LED 閃爍而不同。這是針對不同波長 LED 或具有不同散射角配置的 LED 調整響應所必需的。TPS8802 的輸入放大器級是一種超低輸入失調（電壓和電流）、寬帶寬設計，旨在用于放大低電平光電二極管電流。借助完全可通過軟件進行配置的光電前端，可以輕松測量和分析硬件中的不同配置和優化。最后，由于 TPS8802 不包含 ADC，模數轉換發生在 MCU 中，在這里，可以進行信號處理或立即存儲數據，而不是使用額外的串行接口和延遲來從 TPS8802 獲取數據。這樣可以同時節省子系統的功耗和成本。在此演示中，對于每個 LED 閃光燈，ADC 會對光電接收器進行 5 次采樣。該演示會對這些 ADC 樣本取平均值，以降低測量的噪聲。

此外，TPS8802 還集成了升壓轉換器、模擬電源 LDO、微控制器電源 LDO、光電室模擬前端 (AFE)、一氧化碳傳感器 AFE、互連驅動器、壓電喇叭驅動器、模擬多路復用器和數字內核。高集成度大大減少了煙霧報警器和一氧化碳報警器中的元件數量。TPS8802 可由各種電源供電：

• 9V 電池
• 3V 電池
• 2V 至 15V 直流電源
• 具有備用電池的直流電源

兩個 LED 驅動器具有高度可配置的溫度補償功能，可在寬電流范圍內支持紅外和藍光 LED。光電放大器的高帶寬可縮短 LED 導通時間，從而實現節能。CO 放大器集成了增益電阻器。喇叭驅動器與兩端或三端壓電喇叭兼容，并且三端自諧振模式可調，以更大程度地提高壓電響度。有線互連驅動器允許多個煙霧報警裝置進行通信來交換報警狀況。每個模塊都高度可以通過數字內核 I2C 接口進行配置，支持動態調整放大器增益、穩壓器電壓和驅動器電流。睡眠模式、欠壓升壓使能和一次性升壓充電等數字功能旨在降低功耗，從而在電池供電情況下實現 10 年報警器壽命。可配置的狀態和中斷信號寄存器會向 MCU 發出故障情況警報，例如欠壓、過熱和互連警報。

MSPM0 微控制器屬于 MSP 高度集成的超低功耗 32 位 MSPM0 MCU 系列，該系列基于增強型 Arm? Cortex?-M0+ 內核平臺，工作頻率最高可達 32MHz。這些成本優化型 MCU 提供高性能模擬外設集成，支持 -40°C 至 125°C 的擴展工作溫度范圍，并在 1.62V 至 3.6V 的電源電壓下運行。MSPM0L 器件提供高達 64KB 且具有高達 4KB SRAM 的嵌入式閃存程序存儲器。這些 MCU 包含精度高達 ±1.2% 的高速片上振蕩器，無需外部晶體。其他特性包括 3 通道 DMA、16 位和 32 位 CRC 加速器，以及各種適用于煙霧探測器應用的高性能模擬外設，例如：

• 一個具有可配置內部電壓基準（1.4V 或 2.5V）的 12 位 1.68MSPS ADC
• 一個具有內置基準 DAC 的高速比較器
• 兩個具有可編程增益的零漂移零交叉運算放大器
• 一個通用放大器
• 一個片上溫度傳感器，用于感溫探測或用于補償 LED 電流強度和光電二極管溫漂。

這些器件還提供智能數字外設，例如四個 16 位通用計時器、一個窗口化看門狗計時器和各種通信外設（包括兩個 UART、一個 SPI 和兩個 I²C）。