传感器概述
嵌入式体系中的嵌入式芯片所处理的信号分为两类：数字信号与模仿信号。模仿信号一般来自于传感器，图1所示为部分传感器的相片及其检测的物理量，这些传感器大都输出模仿的电信号。
传感器的运用十分广泛，现代人的日子现已越来越离不开传感器。例如在消费类电子中手机的麦克风便是一个典型的声响传感器；轿车中更是运用了上百个传感器；在工业安全、动力检测、工业操控以及进程操控中相同运用了林林总总的传感器。
一般情况下，传感器输出的模仿信号较小，而且随同有噪声。因而嵌入式芯片在处理传感器信号之前，有必要先将输出的信号扩大并滤波，然后通过AD转化器将模仿信号转化成数字信号后再进跋涉一步的处理。因而传感器的接口体系中必定用到扩大器、滤波器以及AD转化器，在挑选这些器材的时分，需求以下要素：扩大器的扩大倍数与功耗，滤波器的类型、拓扑结构以及滤波器的阶数，关于低通滤波器还需考虑截止频率。现在许多嵌入式芯片都包含AD转化器，因而还需考虑针对特定传感器时，其片上的AD转化器类型、分辨率、采样速度及精度是否能够满意体系规划要求，假如不能满意规划要求，有必要选用专用AD转化器，此刻除了要考虑上述要求，还应考虑AD转化器与嵌入式芯片的接口办法和数据传输速度。
图2所示的是通用传感器体系框图，传感器输出的起伏比较小的原始信号经扩大器扩大后，不只信号被扩大，一起噪声也被扩大。通过滤波器将噪声滤除并发送给AD转化器进行AD转化，这一进程中噪声及失调与漂移的差错对信号的质量形成很大的影响。一般噪声来历有四个：热噪声、传感器自身的噪声、电路板布线不合理和不抱负所发生的噪声以及射频搅扰。而失调与漂移差错首要来自元器材和电路板的布局与布线。因为任何运算扩大器都不可能是抱负扩大器，其间一个重要的技能指标是失调电压，而由元件和电路板的布线所构成的电路体系中，电流和电压的信号跟着温度或外部电压的改变会发生信号的漂移。
根据可编程数字模块和可编程模仿模块架构的PSoC芯片除了具有一般MCU CPU核和其他的数字处理才干外，还包含模仿模块的阵列和数字模块的阵列，其间一切模仿模块和数字模块都是可编程的，通过编程数字模块能够完成特定的数字功用，而通过编程模仿模块也能够完成特定的模仿处理功用，因而PSoC芯片是一个真实具有混合信号处理才干的体系级芯片。此外，PSoC芯片数字模块之间、模仿模块之间、数字与模仿模块之间以及模仿模块和数字模块与I/O接口之间的路由十分丰富而且强壮，这些互联和路由中还带有部分逻辑运算功用，方便了用户的运用。图3和图4表明了模仿模块与数字模块别离能完成的功用，能够看到模仿模块分为CT型和SC型，其间CT模仿模块称为接连时刻类型的模块，SC型模仿模块称为开关电容型模仿模块。
降噪：滤波器
体系中的噪声源除了上述的热噪声、电路板噪声、传感器噪声和外部环境的噪声外，还包含1/f噪声和失调引起的噪声，在体系中有必要针对不同的噪声挑选不同的滤波器，如：低通滤波器能够滤除高频噪声，高通滤波器滤除低频噪声，带通滤波器滤除通带以外的噪声，带阻滤波器滤除特定频率噪声。
低通滤波器
低通滤波器是最常用的噪声滤波器，用PSoC芯片的CT模仿模块和SC模仿模块都能够完成低通滤波器。通过外加少数的阻容元件，能够用CT模块完成Sallen-Key型低通滤波器；而运用SC开关电容模仿模块则不需求运用任何外部元件即可完成低通滤波器，滤波器的性能参数通过开关电容的比率和时钟频率进行调度，二者结构如图5所示。
带通滤波器
带通滤波器用于滤除信号频率带宽以外的噪声，用PSoC的开关电源模仿模块能够完成这一功用，其Q值与中心频率在必定范围内能够由用户设定，图6中左图所示的是开关电容模块装备的带通滤波器，右图为典型的带通滤波器的频率特性曲线。其传递函数表达式为： 
陷波滤波器
陷波滤波器即带阻滤波器，能够滤除某些特定频率的噪声，用PSoC开关电容模仿模块能够完成这一功用，其间心频率以及陷波深度能够由用户调度。图7中左图是由用两个开光电容模仿模块装备的二阶的陷波滤波器，其传递函数如下，右图为一个典型陷波滤波器的频率特性曲线。 
图7左图是由用两个开光电容模仿模块装备的二阶的陷波滤波器，右图为一个典型陷波滤波器的频率特性曲线。
在PSoC底层开发环境中，为用户供给的根据开关电容型滤波器用户模块能够完成二阶滤波功用，假如有体系需求对噪声信号进行更多的按捺或需求得到比较好的频率特性，可运用多阶滤波器。PSoC芯片最多可完成8阶滤波，但在这种情况下因为PSoC的开关电容模仿模块将悉数被占用，因而AD转化和DA转化功用将无法完成。此外还能够运用接连时刻模仿模块完成由Sallen-Key型滤波器与开关电容型滤波器构成多阶滤波器，完成体系所需的频率特性以及对噪声的更多按捺，这样就有剩余的模仿模块完成AD或DA转化或其它外设功用。
由前述实例中各个滤波器的频率呼应特性曲线咱们能够看到，不同类型的滤波器具有不同的起伏和相位呼应，不同的滤波器能够滤除不同的噪声；其次，运用PSoC的开光电容模仿模块能够构建各种滤波器，最多可用来构建8阶低通、带通和陷波滤波器。在PSoC的底层开发环境傍边，也供给了滤波器的规划导游，用EXCEL电子表格规划的东西能够协助用户轻松地完成各种类型的滤波器规划；第三，在赛普拉斯网站上也供给了相关的笔记。
消除失谐和漂移发生的差错
选用相关双选用技能完成热电偶信号的丈量
一个K型热电偶灵敏度为40.7uV/℃，如此小的电压改变有必要通过扩大器扩大才干被检测到。因为CMOS运算扩大器存在1/f噪声，而频率为0时1/f噪声便是运放的失调电压，滤波器能够滤除噪声但无法消除失调电压，相同AD转化器关于失调电压也力不从心。尽管积分型AD转化器和Delta Sigma型AD转化器有较好的噪声特性，但都不能消除失调；SAR型AD转化器有较高的AD转化速率，但一起更简单遭到噪声影响，也不能消除由失调电压带来的误差。
相关双采样也称为CDS，其施行过程为：
1）给热电偶信号加一个偏置电压，偏置电压须大于运算扩大器的失调电压，再将热电偶的信号和偏置电压通过一个多路挑选器输入到运算扩大器的输入端；
2）先就多路挑选器挑选偏置电压，仅对偏置电压和噪声信号进行丈量，此刻扩大器的输出电压为：
VTC-OFFSET=VN+VOFFSET
其间VN为噪声信号电压，而V_{OFFSET}为包含有运放失调的偏置电压；
3）丈量含有噪声热电偶信号，将多路转化器的开关切换到热电偶信号的输出，这时运放的输出电压包含三个部分，除了前面说到的两个部格外，还包含热电偶的信号V_{TC}，即：
VTC-SAMPLE=VTC+VN+VVOFFSET
4）对噪声丈量成果与信号丈量成果进行运算处理，因为噪声的采样和信号的采样不是在同一时刻进行，为了对噪声丈量的成果与信号丈量的成果进行运算，就有必要先对噪声丈量的成果进行预处理，因为噪声丈量是对信号丈量的前一次丈量，作为一个离散的信号，它的成果有必要乘以1/Z，即： 
5）核算它们之间差值： 
通过选用双线性改换将其变到S域，然后能够消除失调电压的影响：实际上包含有失调电压的VOFFSET是一个不随时刻改变的量，在核算差值时，它们被彼此抵消，此刻得到的电压现已与失调无关，仅受噪声的影响： 
6）通过软件IIR滤波器消除噪声影响，取得真实热电偶信号电压。图8中，蓝色的曲线是1/f噪声的频率特性曲线，绿色的曲线是通过CDS核算和IIR滤波今后得到的频率特性曲线，从该曲线中能够看到失调的影响现已降为0，而0.1Hz时的1/f噪声也降低了40个dB。
图8蓝色的曲线是1/f噪声的频率特性曲线，绿色的曲线是通过CDS核算和IIR滤波今后得到的频率特性曲线。
小电阻丈量
一般情况下，丈量电阻运用欧姆定律，施加电流，丈量电压，但小电阻有必要运用大电流才干取得足够高的分辨率，运用大电流来丈量小电阻并不是一个经济、合理的办法，一种丈量小电阻的办法是运用沟通调制和滤波，对PSoC来讲，沟通的完成和滤波处理是很简单完成的，如图9所示，运用一个DA转化器发生一个低频的沟通信号来驱动丈量电阻RTest，RTest上的沟通信号通过PSoC扩大器和滤波器来进行扩大和调度。通过PGA扩大今后的沟通信号先被送入到带通滤波器，用于滤除噪声今后，再被送入到低通滤波器，后者将沟通信号康复为与R的阻值巨细成正比的直流信号，最后由AD转化器将其数字化，要注意，用于发生信号的DA转化器，其时序有必要同低通滤波器的时序保持一致。
在这一比如中运用PSoC进行信号处理的优势包含：1、运用DA转化器能够很简单的发生沟通的驱动信号；2、沟通的鼓励信号通过开关%&&&&&%、带通滤波器今后发生的是零相移；3、PSoC能够主动发生同步解调器的时钟信号；4、带通滤波器的带宽能够设置得十分狭隘；5、带通滤波器与低通滤波器合作，能够滤除通带以外的冲击搅扰和随机的噪声。
