1. 簡介

KEMET 的原始數字火焰傳感器采用 8 個引腳的表面貼裝封裝，提供額外的信號，為設計工程師提供更大的靈活性。

本應用說明介紹了 KEMET 所需的硬件和操作要求QFCE傳感器當僅使用 4 個引腳時（與QFS和QFSM系列）。

操作差異源于 TO-39 封裝上可用引腳的減少。因此，需要改變操作方法以方便正確操作。本文檔介紹其他周圍電路的一些選項。它應與相應的文檔應用說明 – 數字 TO39 QFCE 系列 TO 軟件一起使用，以了解軟件差異和文檔貼片傳感器參考手冊.

薄膜熱釋電紅外傳感器的數字系列在最小的 SMD 封裝或 TO39 封裝中結合了高性能和高水平可配置的電子集成。

KEMET 的 QFCE 熱釋電火焰傳感器將高靈敏度與快速響應時間和高動態范圍相結合，可確保快速準確地檢測附近或更遠距離的大小火焰。

這些高靈敏度火焰探測器集成了數字前端電路，以提供檢測火焰事件所需的所有相關模擬電子設備。然后，可以通過直接連接到微控制器來插值這些事件。所有這些都在行業標準的TO39封裝中實現。

薄膜 PZT 基板可實現行業領先的響應時間，在 3 至 30 Hz 的整個火焰閃爍頻率范圍內提供高響應度。行業標準 I2C 通信接口提供與微控制器的即插即用連接。它還允許通過可編程增益和濾波輕松調諧和校準，在系統設計層面提供最大的靈活性。

2. 傳感器連接

圖1 –數字貼片傳感器

圖2 –數字TO傳感器

上圖顯示了可用于 KEMET 的 SMD 或 TO 數字傳感器的連接。數字TO在功能上等效于僅使用4引腳連接的SMD版本。TO封裝僅允許V+，GND和I2C 線。這意味著無法訪問可在SMD版本的傳感器中使用的以下引腳。

以下各節介紹這些引腳的使用以及引腳數量受限對功能減少的影響。

2.1 國際

SMD 傳感器上的 INT 引腳向連接的 MCU 指示 FIFO 中有可用數據，可以使用適當的 I 讀取數據2C 命令。無法訪問 INT 引腳意味著必須使用 FIFO 狀態命令檢查 FIFO。

如 SMD 傳感器參考手冊第 13.3.3 節 FIFO 狀態數據包中所述，FIFO 狀態數據包包含返回字節的位 0 中的中斷引腳狀態，可用于輪詢 FIFO 狀態。此外，這意味著任何睡眠/喚醒功能都需要通過輪詢來完成。

圖3顯示了可訪問所有引腳的SMD傳感器正常工作期間的邏輯分析儀結果。

圖3 –中斷引腳操作模式

由于器件與來自主機的同步信號以菊花鏈方式連接，所有傳感器都同時變為低電平，使所有傳感器采樣。當從每個器件讀出數據然后清除FIFO時，INT線一次變低。我2一旦MCU檢測到INT線路狀態，就會開始讀取數據的C命令。

圖 4 顯示了正在檢查的 FIFO 狀態以確定數據可用性。

圖4 –FIFO狀態輪詢操作

上圖顯示了三個FIFO狀態檢查，返回對應于無數據的FIFO狀態，然后是指示有可用數據的最終FIFO狀態檢查，然后讀取數據并依次清除每個FIFO。

2.3 同步和 CLK

SMD 傳感器上的這些引腳可在多個傳感器之間同步采樣。在 4 引腳操作下，每個傳感器使用其內部 CLK 和 SYNC 信號，因此必須按照 SMD 傳感器參考手冊第 13.3.5 節模擬前端數據包中的說明配置 AFE 寄存器，將每個數字 TO 傳感器設置為主傳感器。

此配置具有消除以菊花鏈方式連接傳感器的功能的效果。它們是獨立時鐘設備。

2.2 CS

片選引腳在 4 個引腳連接的傳感器中也不可用。CS在內部直接連接到數字TO傳感器上的正電壓輸入。因此，當電源電壓接通時，CS信號變為高電平。

如果多個傳感器由同一電源供電，則需要一種方法通過按順序打開設備來重新尋址分離的設備。本文檔的第 3.2 節討論了此順序。

3. 解決方案

數字TO封裝上的引腳數量有限，這意味著SMD傳感器的功能子集是可訪問的。解決方案分為兩個部分：初始化和操作。

3.1 初始化 – 打開和關閉傳感器

在 KEMET 數字 TO 火焰傳感評估套件 USEQFCK9000000 上，MCU 的數字輸出控制連接到 MCU 的每個傳感器的單獨電源開關。如果任何單個火焰傳感器需要復位，這些電源開關有助于控制單個傳感器。

如果MCU復位，則應同時復位所有火焰傳感器。傳感器電源開關應確保VDD引腳被拉到地，而不是懸空。浮動電源不允許在傳感器內進行正確的復位時序，因此，如果控制不當，可能會產生不利影響。

電源開關原理圖如圖7所示。圖 6 和圖 8 中都有與此相關的聯系。

除了控制每個傳感器的功率外，I2C 時鐘引腳也必須控制。出現此要求的原因是數字 TO-39 封裝上缺少芯片選擇 （CS） 信號。

如果在同一通信總線上使用多個傳感器，則需要對每個設備進行重新編程，以具有唯一的I2C 地址。這是通過控制每個 I 來執行的2C時鐘線到各個傳感器。對時鐘線的控制還可以防止設備由 I 供電2C 總線，當傳感器的電源復位時。

3.2 初始化 – 獨立尋址設備

在我們的 QFS 和 QFSM 系列 SMD 器件上，通過一次設置一個器件的 CS 并重新尋址每個器件來初始化傳感器，直到所有傳感器在2C總線。

數字 TO-39 設備的操作不同，因為所有傳感器都有一個電源開關。解決方案是使用可以允許或拒絕訪問I2每個傳感器的 C 時鐘信號。盡管數據將發送到所有傳感器，但2C 硬件未計時，傳入數據未讀取。

有了這個額外的硬件，可以使用與數字演示板相同的代碼，因為用于激活芯片選擇的相同信號用于控制接收I的傳感器2C 時鐘。

如果在同一設備上使用多個傳感器2C總線，每個設備都需要一個唯一的I2C 地址。通過執行以下順序可以實現正確的操作。

確保傳感器已正確復位，然后使用對 I 的控制2C 時鐘線，禁用您未嘗試為其重新編程關聯的 I 的所有設備2C 地址。

重新編程 I2C 地址符合 SMD 傳感器參考手冊和您所需的地址。完成后，使該設備保持打開狀態并重新啟用 I2C 時鐘線連接到要編程的鏈中的下一個設備。對 I 上的每個設備執行此過程2C 總線，確保鏈中的每個設備都有一個唯一的地址。

KEMET 傳感器不包含閃存，因此每次傳感器的電源中斷時，都應確保重置并重新編程每個單獨的2C 地址。如果無法重置或重新編程設備，則在向每個傳感器讀取或寫入數據時會導致隨機故障。

3.3 數據的操作檢查

使用數字SMD傳感器，MCU有多種方法來確定FIFO中是否有數據。

1. 使用傳感器的 INT 引腳和 MCU 中的中斷。

2. 使用傳感器的 INT 引腳并使用 MCU 輪詢它。

3. 使用 I2C FIFO_Status命令并檢查與 INT 狀態對應的位。執行此操作實際上是輪詢FIFO_Status。

由于前兩個需要傳感器的INT引腳，因此不能用于4引腳操作，因此檢查FIFO中是否有數據的唯一方法是使用I2C FIFO_Status命令。

這里值得提醒的是，在輪詢FIFO_Status時，I2正在使用 C 總線。因此，檢查FIFO_Status的頻率應保持在最低限度，以改善電源使用。

例如，這已在數字TO評估套件中通過中斷實現，該中斷使用電流采樣速率和功率模式來確定其檢查頻率。

缺少同步傳感器采樣會在FIFO輪詢數據讀出模式下產生以下結果。最窄的我2C 數據包對應于在 FIFO 中具有數據的任何傳感器，最寬的數據包對應于在 FIFO 中具有數據的所有傳感器。另一個我2C 數據包對應于 FIFO 狀態檢查，這些檢查僅返回具有可用數據的傳感器子集。

圖 5 – FIFO 輪詢 – 非同步采樣的影響

由于傳感器是獨立時鐘的，因此每個傳感器的數據可用點是不同的。在設計讀取傳感器的固件時必須小心，以避免丟失數據。

3.4 演示板電路原理圖

圖6 –MCU連接

圖7 –電源開關

圖8 –傳感器時鐘開關

3.4.1 評估套件原理圖注意事項

圖9 –數字傳感器插座

開發人員應注意 I2C 引體向上和 I2C 時鐘開關從電源開關的輸出接收 3.3 V（通過 MCU 控制）。

結果是當數字傳感器沒有對其V施加3.3 V時供應針。然后，其他數字IO引腳可以通過內部保護二極管饋入傳感器ASIC的3.3 V電源軌。但是，如果沒有3.3 V電源，則其他引腳上超過0.6 - 0.7 V的任何電壓都將饋入3.3 V電源軌，因此器件可以通過I2C 線。為避免這種情況，它們一直保持低電平，直到提供3.3 V信號。

4. 低功耗應用電路

以上描述適用于當前版本的 KEMET 演示板。選擇此示例是為了降低組件成本。但是，這確實意味著無法實現睡眠模式的最低電流消耗。

在低功耗應用中，對每個傳感器的電源和時鐘的單獨控制將大大降低最終應用的功耗。

僅當火焰傳感器高于某個閾值時，該套件才應主動分析數據，并將數字TO火焰檢測評估套件的預期使用情況作為不同電路選擇的功耗性能差異的示例。這意味著傳感器可以處于睡眠狀態，并使用SMD傳感器參考手冊第13.3.7節中描述的喚醒參數。如果您不熟悉 WUP 數據包，建議使用火焰感應評估工具（數字）軟件，因為它包含有用的可視化輔助工具來設置和測試參數。此評估工具軟件可用于在此下載.

4.1 TO 火焰傳感評估套件（數字）– USEQFCK9000000

如上所述，理想情況下，除非在傳感器輸出端檢測到被認為是火災的事件，否則火焰傳感評估套件大部分時間都應處于睡眠狀態。在這種情況下，如果信號電平只是噪聲，則設備應保持睡眠狀態。WUP 數據包確定喚醒條件所需的信號級別。如果所有三個器件都在數字TO火焰檢測評估套件上休眠，則傳感器系統的最小電流消耗約為18.2 μA。但是，由于僅關注火焰傳感器信號以確定喚醒事件，因此其他兩個設備可以斷電。這種情況將使睡眠狀態電流消耗為7.3 μA。

上述降低到最低電流消耗的缺點是額外的硬件成本。本文檔第 3.4.1 節顯示 I2C 無法連接到斷電設備。否則，3.3 V通過保護二極管饋入傳感器的Vcc軌。因此，如果每個設備可以獨立地具有電源，則還需要具有I2C線僅在通電時連接。此操作將避免 ASIC 中寄存器未正確初始化的問題。此操作意味著應該有一個冪和兩個 I2每個傳感器的 C 信號開關。

表 1 – 組件成本和相應的電流消耗

審核編輯：郭婷