一种pid传感器soc芯片
技术领域
本发明属于传感器SOC芯片
技术领域
，具体涉及一种PID传感器SOC芯片。背景技术
VOC(易挥发性有机物)监测再大气环境监测中有重要作用，再一些生产场合有毒VOC的污染会对人体造成严重伤害，VOC含量是对空气质量评估的重要指标，特别是当前臭氧污染严重的现状下，控制VOCs对臭氧治理的意义突出，传统的大型检测机器价格昂贵，布置不够灵活，搜集数据不够方便。而PID(光离子气体传感器)在VOCs测量中体现了高精度，低成本的优势；现在市面上的PID传感器只是将空气中的VOC总量监测信号以模拟信号的方式输出到传感器以外，其本身不能完成信号处理，信号数字转换，无线通信等功能，其设计思路还停留在20世纪60年代。
PID传感器的基本原理是，利用真空紫外灯珠在交流或者直流电场的激发下，发射出光子能量大于10.6eV的真空紫外光，其照射于含有VOCs的空气中，使得VOCs分子发生电离，带电离子在直流电场的作用下，被双极板吸收，从而改变极板上的电势并流出电流，利用电路技术中的小信号放大技术，将该信号转化为较大的电信号，给高精度的ADC进行模拟信号到数字信号的转换，将其VOCs含量成正相关的电势或者电流信号，转换成时间序列的数字信号。这个信号被传输给微型处理器，处理器对数据进行存储，滤波等处理。再将处理后对数据打包通过通信接口传输出去。
PID为光离子气体传感器，随着集成电路的发展，以及国内集成电路技术这些年的突飞猛进，国内已经具备了将PID传感器的核心电路设计成为功能强大的SOC的能力；然而现有技术以往的系统SOC部分的电路都是功能分立的，需要分立器件进行系统搭建。有的甚至需要不同设备协作，造成系统设计复杂，供应链过长，且不利于终端设备小型化，为此我们提出一种PID传感器SOC芯片来解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PID传感器SOC芯片，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种PID传感器SOC芯片，包括集成设置的驱动电路、无线传输空口、MCU处理器、电源管理单元与终端，所述驱动电路、无线传输空口、电源管理单元与终端均连接于MCU处理器；
还包括集成设置的放大器、数模转换器、模数转换器、物理层接口与转接器，所述转接器通过物理层接口连接于MCU处理器，所述放大器通过模数转换器连接于MCU处理器，所述驱动电路通过数模转换器连接于MCU处理器；
所述终端包括真空紫外灯珠、激发极板、采集极板、可再生能源接口与可充电电池，所述驱动电路包括灯珠驱动电路与极板驱动电路，所述真空紫外灯珠连接于灯珠驱动电路，所述激发极板、采集极板连接于极板驱动电路；
还包括PID传感器SOC芯片的工作步骤：首先利用真空紫外灯珠在交流或者直流电场的激发下，发射出光子能量大于10.6eV的真空紫外光，其照射于含有VOCs的空气中，使得VOCs分子发生电离，带电离子在直流电场的作用下，被激发极板与采集极板双极板吸收，从而改变极板上的电势并流出电流，利用放大器将信号转化为较大的电信号，给高精度的模数转换器进行模拟信号到数字信号的转换，将其VOCs含量成正相关的电势或者电流信号，转换成时间序列的数字信号；时间序列的数字信号被传输给微型处理器，处理器对数据进行处理，再将处理后对数据打包通过无线传输空口传输出去。
优选的，所述驱动电路的灯珠驱动电路与极板驱动电路均电性连接于MCU处理器。
优选的，所述MCU处理器设置为低功耗微型处理器，所述MCU处理器对时间序列的数字信号的处理过程包括储存与滤波。
优选的，所述无线传输空口的通信接口设置为在芯片内部的低功耗广域网无线通信基带和射频收发器以及对应的天线，微型处理器将数据通过无线通信接口传输到网关，网关将数据按照因特网协议传输到服务器。
优选的，所述可再生能源电源与可充电电池电性连接于电源管理单元，所述可再生能源接口电性连接于可充电电池。
优选的，所述电源管理单元用以对片外的可再生能源电源或者传统电源进行电压转换，转换到内部电路正常工作的电压，分别供应到各个单元。
优选的，所述可再生能源接口采集的能源包括风能、太阳能、地热能与水能，所述可再生能源接口为可充电电池充电，可充电电池用于保证终端设备连续不间断工作。
优选的，所述PID传感器SOC芯片的设计方式采用SiP的封装方式进行芯片设计。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种PID传感器SOC芯片，与现有技术相比，具有以下优点：
1、集成度高，可以压缩VOCs在线监测的供应链，将终端设备的设计简化到只需要一个芯片加灯珠，结构，天线，电池，以及可再生能源设备。而以往的系统SOC部分的电路都是功能分立的，需要分立器件进行系统搭建，有的甚至需要不同设备协作，造成系统设计复杂，供应链过长；
2、利于终端设备小型化；
3、目前没有传感器本身集成低功耗无线传输空口单元的先例。本专利提供了一种直接无线传输的方式，可以支撑未来VOCs在线监测加入万物互联的世界；
4、SOC设计具有成本优势，在VOCs在线监测大量布置方面具备量大从优的优势，本专利不限于将本专利描述的微系统限定为单个工艺和单晶硅基板上的SOC芯片，包括但不限于使用SiP封装技术，chiplet等工艺设计的单一封装的芯片。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明PID传感器SOC芯片的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1所示的实施例：
一种PID传感器SOC芯片，包括集成设置的驱动电路、无线传输空口、MCU处理器、电源管理单元与终端，所述驱动电路、无线传输空口、电源管理单元与终端均连接于MCU处理器；
还包括集成设置的放大器、数模转换器、模数转换器、物理层接口与转接器，所述转接器通过物理层接口连接于MCU处理器，所述放大器通过模数转换器连接于MCU处理器，所述驱动电路通过数模转换器连接于MCU处理器；
所述终端包括真空紫外灯珠、激发极板、采集极板、可再生能源接口与可充电电池，所述驱动电路包括灯珠驱动电路与极板驱动电路，所述真空紫外灯珠连接于灯珠驱动电路，所述激发极板、采集极板连接于极板驱动电路；
还包括PID传感器SOC芯片的工作步骤：首先利用真空紫外灯珠在交流或者直流电场的激发下，发射出光子能量大于10.6eV的真空紫外光，其照射于含有VOCs的空气中，使得VOCs分子发生电离，带电离子在直流电场的作用下，被激发极板与采集极板双极板吸收，从而改变极板上的电势并流出电流，利用放大器将信号转化为较大的电信号，给高精度的模数转换器进行模拟信号到数字信号的转换，将其VOCs含量成正相关的电势或者电流信号，转换成时间序列的数字信号；时间序列的数字信号被传输给微型处理器，处理器对数据进行处理，再将处理后对数据打包通过无线传输空口传输出去。
本专利对通信接口是在芯片内部的低功耗广域网无线通信基带和射频收发器以及对应的天线。微型处理器将数据通过无线通信接口传输到网关，网关将数据按照因特网协议传输到服务器。
所述驱动电路的灯珠驱动电路与极板驱动电路均电性连接于MCU处理器；所述MCU处理器设置为低功耗微型处理器，所述MCU处理器对时间序列的数字信号的处理过程包括储存与滤波。
所述无线传输空口的通信接口设置为在芯片内部的低功耗广域网无线通信基带和射频收发器以及对应的天线，微型处理器将数据通过无线通信接口传输到网关，网关将数据按照因特网协议传输到服务器。
所述可再生能源电源与可充电电池电性连接于电源管理单元，所述可再生能源接口电性连接于可充电电池；所述电源管理单元用以对片外的可再生能源电源或者传统电源进行电压转换，转换到内部电路正常工作的电压，分别供应到各个单元；所述可再生能源接口采集的能源包括风能、太阳能、地热能与水能，所述可再生能源接口为可充电电池充电，可充电电池用于保证终端设备连续不间断工作。
本发明为了将整个VOCs采集终端小型化，特别引入了可再生能源和可充电电池，可以保证该终端在完全不需要电源的野外也能采集自然能量，例如风能，太阳能，地热能，水能等能源，为可充电电池充电，电池可以保证终端设备连续不间断工作。
所述PID传感器SOC芯片的设计方式采用SiP的封装方式进行芯片设计；该芯片是一个完整的信号芯片。除了信号的采集处理传输，还有真空紫外灯灯驱动电路，以及信号采集极板的电势预充DAC。本专利的SOC芯片还集成了电源管理单元，用以对片外的可再生能源电源或者传统电源进行电压转换，转换到内部电路正常工作的电压，分别供应到各个单元。
综上所述，本发明首次提出集成灯珠驱动电路，极板驱动电路，ADC，DAC，微处理器，memory，无线传输基带，无线传输射频收发器，电源管理单元的SOC/SiP芯片设计；首次提出灯珠，极板，电源，天线，电池加单颗芯片的VOCs传感器方案。
本发明公开的PID传感器SOC芯片集成度高，可以压缩VOCs在线监测的供应链，将终端设备的设计简化到只需要一个芯片加灯珠，结构，天线，电池，以及可再生能源设备。而以往的系统SOC部分的电路都是功能分立的，需要分立器件进行系统搭建。有的甚至需要不同设备协作，造成系统设计复杂，供应链过长；
利于终端设备小型化；目前没有传感器本身集成低功耗无线传输空口单元的先例。本专利提供了一种直接无线传输的方式，可以支撑未来VOCs在线监测加入万物互联的世界；SOC设计具有成本优势，在VOCs在线监测大量布置方面具备量大从优的优势，本专利不限于将本专利描述的微系统限定为单个工艺和单晶硅基板上的SOC芯片，包括但不限于使用SiP封装技术，chiplet等工艺设计的单一封装的芯片。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
