通過(guò)將高性能數(shù)字信號(hào)控制器集成于小封裝中，設(shè)計(jì)師們簡(jiǎn)化了多普勒傳感系統(tǒng)，增強(qiáng)其性能并縮短研發(fā)周期。 多普勒效應(yīng)傳感系統(tǒng)有眾多優(yōu)點(diǎn)。其中一個(gè)就是利用計(jì)算密集型算法對(duì)多個(gè)傳感器做出響應(yīng)。這種方法通過(guò)在傳感系統(tǒng)中結(jié)合數(shù)字信號(hào)控制器（Digital Signal Controller，DSC）來(lái)實(shí)現(xiàn)附加功能。采用傳感導(dǎo)向片上外圍設(shè)備如模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、比較器以及參考電壓，DSC減少了組件數(shù)量和系統(tǒng)成本。這使設(shè)計(jì)師能夠創(chuàng)造出更多經(jīng)濟(jì)型和可靠型的非侵入式系統(tǒng)。與那些采用其它方法的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有更高的精確性。 采用DSC 多普勒效應(yīng)測(cè)量傳送波頻率的變化，感覺(jué)就像觀(guān)測(cè)者相對(duì)波源進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。為了達(dá)到更好的效果，測(cè)量系統(tǒng)必須精確地控制聲波的頻率和振幅。一個(gè)DSC可以通過(guò)產(chǎn)生不同時(shí)期和/或負(fù)載循環(huán)的脈沖寬度調(diào)制（PWM）波形來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。此外，測(cè)量系統(tǒng)要能夠?qū)⑸傻男盘?hào)聚焦到一個(gè)特定的方向上（眾所周知的轉(zhuǎn)向角）。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，你可能無(wú)法控制傳感器的物理旋轉(zhuǎn)。為了達(dá)到預(yù)期的方向，必須利用一個(gè)相控陣（亦可稱(chēng)為波束形成）。 一個(gè)相控陣（圖1）由一組傳感器組成，在這組傳感器中，傳送至各傳感器信號(hào)其相對(duì)相位可以改變，從而增強(qiáng)陣列在預(yù)定方向上的有效輻射圖。通過(guò)每隔一段固定或適當(dāng)?shù)难舆t時(shí)間乘以每個(gè)單獨(dú)的天線(xiàn)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這項(xiàng)操作是計(jì)算密集型的，需要高效執(zhí)行乘法，以及在一些先進(jìn)的運(yùn)算法則中進(jìn)行逆矩陣等操作。根據(jù)不同應(yīng)用，你可以利用DSC來(lái)規(guī)定固定或適當(dāng)?shù)难舆t時(shí)間。如此一來(lái)，就可以將源自不同傳感器的輸入信號(hào)結(jié)合起來(lái)，并在無(wú)需移動(dòng)傳感器的情況下到達(dá)興趣點(diǎn)。 一個(gè)快速精確的ADC——最好是集成型的，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)成本和外形尺寸的最小化——必須將多普勒測(cè)量系統(tǒng)（圖2）接收的信號(hào)轉(zhuǎn)化為能進(jìn)一步處理的數(shù)字信號(hào)。ADC的分辨率在保證高保真測(cè)量方面是至關(guān)重要的。你可以利用快速傅立葉變換來(lái)分析信號(hào)的頻譜，從而估算目標(biāo)的位置和速度。DSC多普勒效應(yīng)傳感器支持幾種類(lèi)型的IIR和FIR數(shù)字濾波器的高效運(yùn)行，這些濾波器可用于消除噪音或執(zhí)行一個(gè)相控陣和類(lèi)似的拓?fù)洹? 由于固有的非線(xiàn)性特征，絕大多數(shù)傳感器系統(tǒng)必須在永久性存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)大量的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和濾波器系數(shù)。你可以通過(guò)利用一個(gè)能夠在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)隨時(shí)調(diào)整的DSC片上閃存實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)目標(biāo)。這種方法有力地強(qiáng)調(diào)了對(duì)存儲(chǔ)空間制約和內(nèi)存讀取速度的關(guān)注。 在許多閉環(huán)系統(tǒng)中，多普勒傳感器是反饋環(huán)的一部分，因此可以從DSC控制法則的高效執(zhí)行中獲得利益。事實(shí)上，DSC使它可以相對(duì)直接地執(zhí)行控制環(huán)運(yùn)算法則，如PID控制器。根據(jù)不同的多普勒效應(yīng)傳感應(yīng)用，你可以采用片上ADC和多個(gè)PWM在應(yīng)用中運(yùn)行多個(gè)控制環(huán)路，以獲取快速和精確的傳感性能。 測(cè)量系統(tǒng) 工業(yè)應(yīng)用你可以利用多普勒效應(yīng)來(lái)進(jìn)行高精度、高頻率的非侵入式流量計(jì)量。激光多普勒速度計(jì)（LDV）和聲音多普勒速度計(jì)（ADV）都可以測(cè)量流體流動(dòng)速度。它們首先發(fā)射一束光束或聲束，然后測(cè)量流體微粒所反饋的波長(zhǎng)中的多普勒位移。該設(shè)備計(jì)算實(shí)際流程作為流速和壓力的函數(shù)。 這些先進(jìn)的流量計(jì)將數(shù)字多普勒雷達(dá)速度-傳感技術(shù)與超聲波脈沖回聲-水平傳感相結(jié)合，遠(yuǎn)程測(cè)量明渠流程。該設(shè)備發(fā)射一束數(shù)字多普勒雷達(dá)波束，后者在與初始信號(hào)不同的頻率處與流體和反射信號(hào)相結(jié)合。流量計(jì)將反射回的信號(hào)和傳輸?shù)念l率相比較從而測(cè)得流體流動(dòng)的速度和方向，根據(jù)這種計(jì)算并通過(guò)倍乘該區(qū)域附近的平均流體速度，該設(shè)備可探測(cè)流體水平并計(jì)算流程。 汽車(chē)應(yīng)用汽車(chē)碰撞探測(cè)系統(tǒng)可以提供可視聽(tīng)的警告，并以高達(dá)幾英寸的精度指示目標(biāo)距離。在自適應(yīng)巡航控制過(guò)程中，當(dāng)汽車(chē)處于倒車(chē)檔或者當(dāng)其它車(chē)輛靠的過(guò)近時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向司機(jī)發(fā)出警告。汽車(chē)制造商還可以利用相同的設(shè)計(jì)原理完成泊車(chē)輔助系統(tǒng)-發(fā)送聲波信號(hào)并通過(guò)被發(fā)送信號(hào)的重組探測(cè)出障礙物。 該系統(tǒng)利用個(gè)由三個(gè)或更多傳感器組成的陣列完全覆蓋車(chē)輛附近的區(qū)域。當(dāng)車(chē)輛掛倒檔時(shí)，碰撞探測(cè)系統(tǒng)的傳感器發(fā)送超聲波信號(hào)。傳感器探測(cè)車(chē)輛后面的物體并將信息傳送給DSC，后者通過(guò)同步處理來(lái)自所有傳感器的信號(hào)來(lái)估計(jì)車(chē)輛與障礙物之間沿汽車(chē)路線(xiàn)的距離和接近速度。DSC持續(xù)不斷地分析傳感數(shù)據(jù)，并將結(jié)果傳送到車(chē)輛的儀表盤(pán)上，在那里提供圖像或聲音報(bào)警。 醫(yī)學(xué)應(yīng)用設(shè)計(jì)者們還將多普勒測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域進(jìn)行速度測(cè)量。但必須謹(jǐn)記，在絕大多數(shù)應(yīng)用中，必須測(cè)量待測(cè)信號(hào)的相移而不是頻移（多普勒移動(dòng)）。脈管問(wèn)題，如肺管狹窄，可以根據(jù)多普勒效應(yīng)通過(guò)測(cè)量血液在動(dòng)脈和靜脈中的流速進(jìn)行診斷。 利用多普勒效應(yīng)，一幅心回波圖就可以精確評(píng)估流經(jīng)心肌組織處任何預(yù)設(shè)點(diǎn)的血流速度和方向。在這個(gè)測(cè)量中，超聲波束必須與血流盡可能平行。流速測(cè)量結(jié)果有助于對(duì)心臟瓣膜區(qū)域及其功能進(jìn)行評(píng)估。 本文結(jié)論 高性能DSC，例如來(lái)自Microchip Technology公司的dsPIC33FJ12GP系列產(chǎn)品，簡(jiǎn)化了多普勒傳感設(shè)備的研發(fā)（圖3）。這些設(shè)備簡(jiǎn)化集成的結(jié)構(gòu)使信號(hào)處理技術(shù)能夠以一種經(jīng)濟(jì)靈活的方式被執(zhí)行，因此降低了系統(tǒng)成本。此外，空間受限的傳感應(yīng)用也可利用小封裝中的DSC而獲益，封裝大小從6mm×6mm QFN到12mm×12mm TQFP，引腳數(shù)從l8個(gè)至100個(gè)。