2 演示硬件

图 1-1 展示了基于 TPS8802 和 LP-MSPM0L1306 的演示板方框图。此演示板包括一个钮扣电池一氧化碳传感器、一个基本的 3D 打印烟腔、一个用于报警通知的 3 端子压电元件，以及状态 LED 和按压测试/静音按钮等常见功能。该硬件板还包含用于测量环境空气温度的 LMT84，该 LMT84 可与 Launchpad 上 MSPM0L1306 的内部温度传感器结合使用，以实现基本的感温探测。在最简单的用例中，该演示硬件使用 2 节 AA 电池供电，并使用 USB 电缆将 LaunchPad 插入 PC，以便使用本报告中所述的 GUI 进行数据采集或显示。

虽然基本的 3D 打印烟腔设计用于仅测量多波长正向散射，但 PCB 包括 LED 和 PD 的替代位置，如图 2-1 所示。这些替代位置支持使用 3 个 LED 和 1 个 PD 或 2 个 LED 加上 2 个 PD 实现（但不限于）以下腔室设计：仅正向散射（单波长或多波长）、多角度（单波长或多波长）。这样一来，客户便可以将此硬件与他们自己的腔室和光学设计结合使用，或评估多个设计。

图 2-2 和图 2-3 分别详细展示了 LED 驱动器和 2 级跨阻放大器接收器的光电前端实现。演示软件和 GUI 允许动态修改 LED 驱动强度和温度系数设置。LED 驱动强度由 8 位 DAC 并使用 TPS8802 中的 PDACx 寄存器来控制。CSA 和 CSB 引脚连接到 MCU 的 ADC 通道，结果显示在 GUI 中。通过将这些信息与 GUI 中用于 LED DAC 设置的滑块相结合，可以根据温度系数设置、外部电流设置电阻器和编程的 LED DAC 值，获得实际 LED 驱动强度的即时反馈。同样，对于跨阻放大器，可以使用 GUI 来动态修改 PGAIN 寄存器。每个 LED 均具备单独的 PGAIN 设置，因此接收器增益会根据具体是哪个 LED 闪烁而不同。这是针对不同波长 LED 或具有不同散射角配置的 LED 调整响应所必需的。TPS8802 的输入放大器级是一种超低输入失调（电压和电流）、宽带宽设计，旨在用于放大低电平光电二极管电流。借助完全可通过软件进行配置的光电前端，可以轻松测量和分析硬件中的不同配置和优化。最后，由于 TPS8802 不包含 ADC，模数转换发生在 MCU 中，在这里，可以进行信号处理或立即存储数据，而不是使用额外的串行接口和延迟来从 TPS8802 获取数据。这样可以同时节省子系统的功耗和成本。在此演示中，对于每个 LED 闪光灯，ADC 会对光电接收器进行 5 次采样。该演示会对这些 ADC 样本取平均值，以降低测量的噪声。

此外，TPS8802 还集成了升压转换器、模拟电源 LDO、微控制器电源 LDO、光电室模拟前端 (AFE)、一氧化碳传感器 AFE、互连驱动器、压电喇叭驱动器、模拟多路复用器和数字内核。高集成度大大减少了烟雾报警器和一氧化碳报警器中的元件数量。TPS8802 可由各种电源供电：

• 9V 电池
• 3V 电池
• 2V 至 15V 直流电源
• 具有备用电池的直流电源

两个 LED 驱动器具有高度可配置的温度补偿功能，可在宽电流范围内支持红外和蓝光 LED。光电放大器的高带宽可缩短 LED 导通时间，从而实现节能。CO 放大器集成了增益电阻器。喇叭驱动器与两端或三端压电喇叭兼容，并且三端自谐振模式可调，以更大程度地提高压电响度。有线互连驱动器允许多个烟雾报警装置进行通信来交换报警状况。每个模块都高度可以通过数字内核 I2C 接口进行配置，支持动态调整放大器增益、稳压器电压和驱动器电流。睡眠模式、欠压升压使能和一次性升压充电等数字功能旨在降低功耗，从而在电池供电情况下实现 10 年报警器寿命。可配置的状态和中断信号寄存器会向 MCU 发出故障情况警报，例如欠压、过热和互连警报。

MSPM0 微控制器属于 MSP 高度集成的超低功耗 32 位 MSPM0 MCU 系列，该系列基于增强型 Arm® Cortex®-M0+ 内核平台，工作频率最高可达 32MHz。这些成本优化型 MCU 提供高性能模拟外设集成，支持 -40°C 至 125°C 的扩展工作温度范围，并在 1.62V 至 3.6V 的电源电压下运行。MSPM0L 器件提供高达 64KB 且具有高达 4KB SRAM 的嵌入式闪存程序存储器。这些 MCU 包含精度高达 ±1.2% 的高速片上振荡器，无需外部晶体。其他特性包括 3 通道 DMA、16 位和 32 位 CRC 加速器，以及各种适用于烟雾探测器应用的高性能模拟外设，例如：

• 一个具有可配置内部电压基准（1.4V 或 2.5V）的 12 位 1.68MSPS ADC
• 一个具有内置基准 DAC 的高速比较器
• 两个具有可编程增益的零漂移零交叉运算放大器
• 一个通用放大器
• 一个片上温度传感器，用于感温探测或用于补偿 LED 电流强度和光电二极管温漂。

这些器件还提供智能数字外设，例如四个 16 位通用计时器、一个窗口化看门狗计时器和各种通信外设（包括两个 UART、一个 SPI 和两个 I²C）。