通過將高性能數(shù)字信號控制器集成于小封裝中，設(shè)計師們簡化了多普勒傳感系統(tǒng)，增強其性能并縮短研發(fā)周期。 多普勒效應(yīng)傳感系統(tǒng)有眾多優(yōu)點。其中一個就是利用計算密集型算法對多個傳感器做出響應(yīng)。這種方法通過在傳感系統(tǒng)中結(jié)合數(shù)字信號控制器（Digital Signal Controller，DSC）來實現(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)計師能夠創(chuàng)造出更多經(jīng)濟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)測量傳送波頻率的變化，感覺就像觀測者相對波源進行運動。為了達到更好的效果，測量系統(tǒng)必須精確地控制聲波的頻率和振幅。一個DSC可以通過產(chǎn)生不同時期和/或負載循環(huán)的脈沖寬度調(diào)制（PWM）波形來完成這個任務(wù)。此外，測量系統(tǒng)要能夠?qū)⑸傻男盘柧劢沟揭粋€特定的方向上（眾所周知的轉(zhuǎn)向角）。但是，在實際應(yīng)用中，你可能無法控制傳感器的物理旋轉(zhuǎn)。為了達到預(yù)期的方向，必須利用一個相控陣（亦可稱為波束形成）。 一個相控陣（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其相對相位可以改變，從而增強陣列在預(yù)定方向上的有效輻射圖。通過每隔一段固定或適當?shù)难舆t時間乘以每個單獨的天線信號，以實現(xiàn)這一目標。這項操作是計算密集型的，需要高效執(zhí)行乘法，以及在一些先進的運算法則中進行逆矩陣等操作。根據(jù)不同應(yīng)用，你可以利用DSC來規(guī)定固定或適當?shù)难舆t時間。如此一來，就可以將源自不同傳感器的輸入信號結(jié)合起來，并在無需移動傳感器的情況下到達興趣點。 一個快速精確的ADC——最好是集成型的，以實現(xiàn)系統(tǒng)成本和外形尺寸的最小化——必須將多普勒測量系統(tǒng)（圖2）接收的信號轉(zhuǎn)化為能進一步處理的數(shù)字信號。ADC的分辨率在保證高保真測量方面是至關(guān)重要的。你可以利用快速傅立葉變換來分析信號的頻譜，從而估算目標的位置和速度。DSC多普勒效應(yīng)傳感器支持幾種類型的IIR和FIR數(shù)字濾波器的高效運行，這些濾波器可用于消除噪音或執(zhí)行一個相控陣和類似的拓撲。 由于固有的非線性特征，絕大多數(shù)傳感器系統(tǒng)必須在永久性存儲器中存儲大量的校準數(shù)據(jù)和濾波器系數(shù)。你可以通過利用一個能夠在運行時間內(nèi)隨時調(diào)整的DSC片上閃存實現(xiàn)這一設(shè)計目標。這種方法有力地強調(diào)了對存儲空間制約和內(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。事實上，DSC使它可以相對直接地執(zhí)行控制環(huán)運算法則，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PWM在應(yīng)用中運行多個控制環(huán)路，以獲取快速和精確的傳感性能。 測量系統(tǒng) 工業(yè)應(yīng)用你可以利用多普勒效應(yīng)來進行高精度、高頻率的非侵入式流量計量。激光多普勒速度計（LDV）和聲音多普勒速度計（ADV）都可以測量流體流動速度。它們首先發(fā)射一束光束或聲束，然后測量流體微粒所反饋的波長中的多普勒位移。該設(shè)備計算實際流程作為流速和壓力的函數(shù)。 這些先進的流量計將數(shù)字多普勒雷達速度-傳感技術(shù)與超聲波脈沖回聲-水平傳感相結(jié)合，遠程測量明渠流程。該設(shè)備發(fā)射一束數(shù)字多普勒雷達波束，后者在與初始信號不同的頻率處與流體和反射信號相結(jié)合。流量計將反射回的信號和傳輸?shù)念l率相比較從而測得流體流動的速度和方向，根據(jù)這種計算并通過倍乘該區(qū)域附近的平均流體速度，該設(shè)備可探測流體水平并計算流程。 汽車應(yīng)用汽車碰撞探測系統(tǒng)可以提供可視聽的警告，并以高達幾英寸的精度指示目標距離。在自適應(yīng)巡航控制過程中，當汽車處于倒車檔或者當其它車輛靠的過近時，系統(tǒng)會向司機發(fā)出警告。汽車制造商還可以利用相同的設(shè)計原理完成泊車輔助系統(tǒng)-發(fā)送聲波信號并通過被發(fā)送信號的重組探測出障礙物。 該系統(tǒng)利用個由三個或更多傳感器組成的陣列完全覆蓋車輛附近的區(qū)域。當車輛掛倒檔時，碰撞探測系統(tǒng)的傳感器發(fā)送超聲波信號。傳感器探測車輛后面的物體并將信息傳送給DSC，后者通過同步處理來自所有傳感器的信號來估計車輛與障礙物之間沿汽車路線的距離和接近速度。DSC持續(xù)不斷地分析傳感數(shù)據(jù)，并將結(jié)果傳送到車輛的儀表盤上，在那里提供圖像或聲音報警。 醫(yī)學(xué)應(yīng)用設(shè)計者們還將多普勒測量技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域進行速度測量。但必須謹記，在絕大多數(shù)應(yīng)用中，必須測量待測信號的相移而不是頻移（多普勒移動）。脈管問題，如肺管狹窄，可以根據(jù)多普勒效應(yīng)通過測量血液在動脈和靜脈中的流速進行診斷。 利用多普勒效應(yīng)，一幅心回波圖就可以精確評估流經(jīng)心肌組織處任何預(yù)設(shè)點的血流速度和方向。在這個測量中，超聲波束必須與血流盡可能平行。流速測量結(jié)果有助于對心臟瓣膜區(qū)域及其功能進行評估。 本文結(jié)論 高性能DSC，例如來自Microchip Technology公司的dsPIC33FJ12GP系列產(chǎn)品，簡化了多普勒傳感設(shè)備的研發(fā)（圖3）。這些設(shè)備簡化集成的結(jié)構(gòu)使信號處理技術(shù)能夠以一種經(jīng)濟靈活的方式被執(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個至100個。