概述



在现代工业控制和体系监测范畴，平日须要监测、测量压力和重量。因为压力可直接用来测量流体、高度及其它物理量，压力测量尤其重要。因为加载是影响传感器输出的一项属性，压力、重量测量装配可以看作是“加载传感器”。加载传感器的应用异常广泛，包含大年夜真空计到重型机械称重，以及工业液压设备、绝对压力传感器(MAP)等各个范畴。每种应用对精度、精确度和成本都有不合的具体需求。

固然压力和重量(加载/感应)的测量办法和技巧有很多，但最常用的测量装配是应力计。

最常见的应力计有两种：一种是重量/压力传感器大年夜多采取的金属箔；另一种是基于半导体的压阻式传感器，广泛用于压力测量。相对于金属箔传感器，压阻式传感器灵敏度更高，线性度也更好，但轻易受温度的影响，并有必定的初始误差。

大年夜道理上讲，所有应力计在受到外力时都邑改变电阻值。是以，有电旌旗灯号鼓励时，即可有效地将压力、重量转换成电旌旗灯号。平日在惠斯通电桥(有时称为测压元件)上放置1个、2个或4个如许的有源电阻元件(应力计)，大年夜而产生与压力或重量对应的差分输出电压。

工程师可以设计一种可以或许知足多种加载/感应体系需求的传感器模块。一款成功的设计须要包含用于检测物理量的传感器元件和设计合理的旌旗灯号链路。
加载/感应体系的旌旗灯号链路框图。关于Maxim推荐的压力传感器筹划的具体信息，请拜访：china.maxim-ic.com/psi。

完全的旌旗灯号链路筹划

传感器旌旗灯号链路必须可以或许处理带有噪声的弱旌旗灯号。为了精确测量电阻式传感器输出电压的变更，电路必须具备以下功能：鼓励、放大年夜、滤波和采集。有些解决筹划可能还请求采取数字旌旗灯号处理(DSP)技巧对旌旗灯号进行处理、误差补偿、数字放大年夜以及用户可编迟疑作。

鼓励

具有极低温漂的高精度、稳定的电压或电流源经常用作传感器鼓励。传感器输出与鼓励源成比例(往往以mV/V表示)。是以，设计时，模/数转换器(ADC)和鼓励电路平日采取一个公共基准，或者将鼓励电压作为ADC的基准。可以应用附加的ADC通道精确测量鼓励电压。

传感器/电桥

旌旗灯号链路的┞封部分功能包含应力传感器，它被放置在测压元件(惠斯通电桥设计)部分，如上文中的“概述”部分。

放大年夜和电平转换—模仿前端(AFE)

有些设计中，传感器输出电压范围异常小，请求分辨率达到nV级。这种情况下，在将传感器输出旌旗灯号送至ADC输入之前，必须对旌旗灯号进行放大年夜。为了防止放大年夜阶段惹人误差，须要选择低掉调电压(VOS)、低温漂的低噪声放大年夜器(LNA)。惠斯通电桥的缺点是共模电压远弘远年夜于有效旌旗灯号。这意味着LNA还必须具有异常高的共模克制比(CMRR)，平日大年夜于100dB。如不雅采取单端ADC，则需附加电路在数据采集之前清除较高的共模电压。此外，因为旌旗灯号带宽很窄，放大年夜器的1/f噪声也会惹人误差。是以，最好采取斩波稳定放大年夜器。应用分辨率异常高的AD英国沃森WSEN进口传感器C，占用满量程范围的一小部分有助于降低对放大年夜器的苛将近求。

采集—ADC
选择ADC时需严格确认其技巧指标，例如：无噪声范围或有效分辨率，该指标表示ADC可以或许辨别固定输入电平的才能。一种替代指标是无噪声计数或编码。大年夜多半高精度ADC的数据材料把这些指标表示为噪声峰值或RMS噪声与速度的对应关系表，有时也以噪声直方图的情势表示这些指标。

其它须要推敲的ADC指标包含：低掉调误差、低温漂及优良的线性度。对于特定的低功耗应用，速度与功耗的关系也是异常重要的规格。

滤波


传感器旌旗灯号的带宽一般很窄，对噪声的敏感度较高。是以，经由过程滤波限制旌旗灯号的带宽可明显降低总体噪声。应用Σ-Δ ADC可以或许简化噪声滤波请求，因为这种架构供给固有的过采样特点。

数字旌旗灯号处理(DSP)—数字域
除模仿旌旗灯号疗养外，为了提守旌旗灯号并降低噪声，还须要在数字域对所采集的旌旗灯号作进一步处理。平日须要找到针对具体应用及其细微差其余算法。有些通用算法，例如，数字域的掉调和增益校准、线性化处理、数字滤波和基于温度(或其它制约身分)的补偿。
旌旗灯号疗养/集成筹划

有些集成筹划把所有须要的功能模块集成在单一鸢熏，平日称为传感器旌旗灯号疗养器IC。旌旗灯号疗养器是一种专用IC (ASIC)，它对输入旌旗灯号进行补偿、放大年夜和校准，可以或许覆盖较宽的温度范围。根据对旌旗灯号疗养器的不合精度请求，ASIC会合成以下全部或部分模块：传感器鼓励电路、数/模转换器(DAC)、可编程增益放大年夜器(PGA)、模/数转换器(ADC)、存储器、多路复竽暌姑器(MUX)、CPU、温度传感器以及数字接口。

常见的旌旗灯号疗养器有两种类型：模仿旌旗灯号通路的疗养器(模仿疗养器)和数字旌旗灯号通路的疗养器(数字疗养器)。模仿疗养器的响应时光较快，供给持续的输出旌旗灯号，反竽暌钩输入旌旗灯号的及时变更。它们平日采取硬件补偿机制(不敷灵活)。数字疗养器往往基于微控制器，因为ADC和DSP算法具有必定的履行时光，响应时光较慢。应当推敲ADC的分辨率，将量化误差降至最小。数字旌旗灯号疗养器的最大年夜好处是供给灵活的补偿算法，可根据用户的应用进行调剂。