舌簧开关在低功耗计量应用中的五大优势

　　1 低功耗计量应用的要求

　　适合自动抄表(AMR)系统的煤气表和水表需要功耗很少的传感器。水和煤气的用量通常是由连接至一个旋转轴的磁体测量的。每转一次都会转换成一个电信号并且由一个嵌入式控制器将其累计。

　　低功耗是这些系统中一个关键的设计参数。此外，在无需更换电池的前提下，这些计量表的预期使用寿命通常为20年。因此，节约电池电量是延长电源的可用寿命的关键。

　　2 固态传感技术

　　如前所述，一些设计工程师在低功耗计量应用中选择的是固态传感技术，包括磁阻传感器和霍尔效应传感器。磁阻传感器是单片集成电路器件，内置有与互补金属氧化物半导体(CMOS)电路匹配的电阻元件。当暴露于磁场时，磁阻器件的电阻会随磁场的方向变化而变化。这种电阻上的变化可以用来检测外加磁场的变化。磁阻传感器可以起到非接触开关的作用，且电流消耗极低，灵敏度和可靠性高。然而，典型的磁阻传感器会持续不断地消耗少量电流。

　　霍尔效应传感器是基于半导体的换能器，可以针对磁场的变化而改变输出电压。这些传感器将霍尔传感元件与电路结合在一起，提供与磁场变化相对应的数字开/关功能，而无需任何活动件。

　　和磁阻传感器一样，霍尔效应传感器也会持续不断地消耗少量电流。磁阻传感器和霍尔效应传感器对于许多低功耗、电池供电的应用来说并不是理想选择，因为它们不符合精度和功率的严格要求。

　　3 舌簧开关技术

　　舌簧开关虽然被视为是一项成熟的技术，由于其易用性和可靠的性能，在低功耗应用中一直是一种受欢迎的选择。舌簧开关是一种由外加磁场控制的电子开关。这种开关由两个或三个被称为簧片的金属薄片组成，在簧片的尖端有被隔开一小段距离的电镀触点。

　　簧片通常被封闭在充满惰性气体的密封玻璃管中。磁体或电磁体的磁场会使簧片弯曲，从而接通或断开开关触点。图1所示的是舌簧开关的各种组件。

　　图2显示了舌簧开关在水表或煤气表的流量监测部分中的位置。

　　4 舌簧开关技术的五大优势

　　1、工作功耗低

　　与磁阻传感器和霍尔效应传感器相比，舌簧开关所需的功率要低很多。这些微功率传感技术通过使用主动传感的低占空比而实现低功耗，这需要恒定的电流来运行一个内部的振荡器。

　　而与此相反的是，舌簧开关是无源元件，其运行不需要任何功率。一个低功耗舌簧开关配置包含与场效应晶体管(FET)开关组合使用的两个舌簧开关(见图3)。舌簧开关可以被设计用来以真正的零功率感测旋转运动，除非其中一个开关检测到了运动。

　　在图3中，M为磁体;SW1和2为舌簧开关。当SW1闭合时，SW2断开。Q1被关闭，以防止功率消耗。当SW2闭合时，微控制器唤醒，关闭Q2，接通Q1，并再次进入睡眠状态。当SW1闭合时，这些事件会以类似的顺序发生。

　　另外，系统中已有的一个微控制器可以以10Hz的速率轮询一个舌簧开关触点，会产生大约10 µs/100 ms*10 µA = 1 nA的平均电流消耗。

　　与其他任何竞争技术相比，舌簧开关的功耗要低很多，通过降低电池尺寸要求而节约了显著的成本。在功耗敏感的应用中，舌簧开关是最大限度地提高功率效率的最佳解决方案。