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傳感器概述 嵌入式系統中的嵌入式芯片所處理的信號分為兩類：數字信號與模擬信號。模擬信號通常來自于傳感器，圖1所示為部分傳感器的照片及其檢測的物理量，這些傳感器大都輸出模擬的電信號。 
一般情況下，傳感器輸出的模擬信號較小，而且伴隨有噪聲。因此嵌入式芯片在處理傳感器信號之前，必須先將輸出的信號放大并濾波，然后通過AD轉換器將模擬信號轉換成數字信號后再進行進一步的處理。因此傳感器的接口系統中必然用到放大器、濾波器以及AD轉換器，在選擇這些器件的時候，需要以下因素：放大器的放大倍數與功耗，濾波器的類型、拓撲結構以及濾波器的階數，對于低通濾波器還需考慮截止頻率。目前很多嵌入式芯片都包含AD轉換器，因此還需考慮針對特定傳感器時，其片上的AD轉換器類型、分辨率、采樣速度及精度是否可以滿足系統設計要求，如果不能滿足設計要求，必須選用專用AD轉換器，此時除了要考慮上述要求，還應考慮AD轉換器與嵌入式芯片的接口方式和數據傳輸速度。 圖2所示的是通用傳感器系統框圖，傳感器輸出的幅度比較小的原始信號經放大器放大后，不僅信號被放大，同時噪聲也被放大。通過濾波器將噪聲濾除并發送給AD轉換器進行AD轉換，這一過程中噪聲及失調與漂移的誤差對信號的質量造成很大的影響。通常噪聲來源有四個：熱噪聲、傳感器本身的噪聲、電路板布線不合理和不理想所產生的噪聲以及射頻干擾。而失調與漂移誤差主要來自元器件和電路板的布局與布線。由于任何運算放大器都不可能是理想放大器，其中一個重要的技術指標是失調電壓，而由元件和電路板的布線所構成的電路系統中，電流和電壓的信號隨著溫度或外部電壓的變化會產生信號的漂移。
系統中的噪聲源除了上述的熱噪聲、電路板噪聲、傳感器噪聲和外部環境的噪聲外，還包括1/f噪聲和失調引起的噪聲，在系統中必須針對不同的噪聲選擇不同的濾波器，如：低通濾波器可以濾除高頻噪聲，高通濾波器濾除低頻噪聲，帶通濾波器濾除通帶以外的噪聲，帶阻濾波器濾除特定頻率噪聲。 低通濾波器 低通濾波器是最常用的噪聲濾波器，用PSoC芯片的CT模擬模塊和SC模擬模塊都可以實現低通濾波器。通過外加少量的阻容元件，可以用CT模塊實現Sallen-Key型低通濾波器；而使用SC開關電容模擬模塊則不需要使用任何外部元件即可實現低通濾波器，濾波器的性能參數通過開關電容的比率和時鐘頻率進行調節，二者結構如圖5所示。
帶通濾波器用于濾除信號頻率帶寬以外的噪聲，用PSoC的開關電源模擬模塊可以實現這一功能，其Q值與中心頻率在一定范圍內可以由用戶設定，圖6中左圖所示的是開關電容模塊配置的帶通濾波器，右圖為典型的帶通濾波器的頻率特性曲線。其傳遞函數表達式為：
陷波濾波器 陷波濾波器即帶阻濾波器，可以濾除某些特定頻率的噪聲，用PSoC開關電容模擬模塊可以實現這一功能，其中心頻率以及陷波深度可以由用戶調節。圖7中左圖是由用兩個開光電容模擬模塊配置的二階的陷波濾波器，其傳遞函數如下，右圖為一個典型陷波濾波器的頻率特性曲線。
在PSoC基層開發環境中，為用戶提供的基于開關電容型濾波器用戶模塊可以實現二階濾波功能，如果有系統需要對噪聲信號進行更多的抑制或需要得到比較好的頻率特性，可使用多階濾波器。PSoC芯片最多可實現8階濾波，但在這種情況下由于PSoC的開關電容模擬模塊將全部被占用，因此AD轉換和DA轉換功能將無法實現。此外還可以使用連續時間模擬模塊實現由Sallen-Key型濾波器與開關電容型濾波器構成多階濾波器，實現系統所需的頻率特性以及對噪聲的更多抑制，這樣就有多余的模擬模塊實現AD或DA轉換或其它外設功能。 由前述實例中各個濾波器的頻率響應特性曲線我們可以看到，不同類型的濾波器具有不同的幅度和相位響應，不同的濾波器可以濾除不同的噪聲；其次，利用PSoC的開光電容模擬模塊可以構建各種濾波器，最多可用來構建8階低通、帶通和陷波濾波器。在PSoC的基層開發環境當中，也提供了濾波器的設計向導，用EXCEL電子表格設計的工具可以幫助用戶輕松地實現各種類型的濾波器設計；第三，在賽普拉斯網站上也提供了相關的筆記。 消除失調和漂移產生的誤差 采用相關雙采用技術實現熱電偶信號的測量 一個K型熱電偶靈敏度為40.7uV/℃，如此小的電壓變化必須通過放大器放大才能被檢測到。由于CMOS運算放大器存在1/f噪聲，而頻率為0時1/f噪聲就是運放的失調電壓，濾波器可以濾除噪聲但無法消除失調電壓，同樣AD轉換器對于失調電壓也無能為力。雖然積分型AD轉換器和Delta Sigma型AD轉換器有較好的噪聲特性，但都不能消除失調；SAR型AD轉換器有較高的AD轉換速率，但同時更容易受到噪聲影響，也不能消除由失調電壓帶來的偏差。 相關雙采樣也稱為CDS，其實施步驟為： 1）給熱電偶信號加一個偏置電壓，偏置電壓須大于運算放大器的失調電壓，再將熱電偶的信號和偏置電壓經過一個多路選擇器輸入到運算放大器的輸入端； 2）先就多路選擇器選擇偏置電壓，僅對偏置電壓和噪聲信號進行測量，此時放大器的輸出電壓為： VTC-OFFSET=VN+VOFFSET 其中VN為噪聲信號電壓，而V_{OFFSET}為包含有運放失調的偏置電壓； 3）測量含有噪聲熱電偶信號，將多路轉換器的開關切換到熱電偶信號的輸出，這時運放的輸出電壓包括三個部分，除了前面提到的兩個部分外，還包括熱電偶的信號V_{TC}，即： VTC-SAMPLE=VTC+VN+VVOFFSET 4）對噪聲測量結果與信號測量結果進行運算處理，由于噪聲的采樣和信號的采樣不是在同一時刻進行，為了對噪聲測量的結果與信號測量的結果進行運算，就必須先對噪聲測量的結果進行預處理，由于噪聲測量是對信號測量的前一次測量，作為一個離散的信號，它的結果必須乘以1/Z，即：
小電阻測量 一般情況下，測量電阻使用歐姆定律，施加電流，測量電壓，但小電阻必須使用大電流才能獲得足夠高的分辨率，使用大電流來測量小電阻并不是一個經濟、合理的方法，一種測量小電阻的方法是使用交流調制和濾波，對PSoC來講，交流的實現和濾波處理是很容易實現的，如圖9所示，使用一個DA轉換器產生一個低頻的交流信號來驅動測量電阻RTest，RTest上的交流信號通過PSoC放大器和濾波器來進行放大和調理。經過PGA放大以后的交流信號先被送入到帶通濾波器，用于濾除噪聲以后，再被送入到低通濾波器，后者將交流信號恢復為與R的阻值大小成正比的直流信號，最后由AD轉換器將其數字化，要注意，用于產生信號的DA轉換器，其時序必須同低通濾波器的時序保持一致。
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