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壓力傳感器信號調(diào)理器及其校準(zhǔn)系統(tǒng)

概述
信號調(diào)理器常常被放置在壓力傳感器中，以補償傳感器在不同溫度下的誤差?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，F(xiàn)在，市場上能夠買到低成本的信號調(diào)理器

，它們可以精確地放大壓力傳感器信號、補償傳感器的溫度誤差
，并且能夠直接控制校準(zhǔn)過程
。可惜的是
，隨著信號調(diào)理器變得越來越完善
，開發(fā)能夠批量測試和校準(zhǔn)這些器件的軟硬件需要花費大量的時間，拖延了產(chǎn)品的上市時間
。

本文介紹的校準(zhǔn)系統(tǒng)能夠讓制造商在完成設(shè)計后的很短時間內(nèi)生產(chǎn)出中等批量的
、經(jīng)過測試和校準(zhǔn)的壓力傳感器和信號調(diào)理器組件。 

傳感器信號調(diào)理器

靈活的溫度補償——有些信號調(diào)理器允許設(shè)計工程師在多達100個溫度補償點校準(zhǔn)傳感器輸出

，使工程師能夠按照誤差與壓力傳感器溫度曲線之間的關(guān)系進行匹配，從而減小溫度對傳感器的影響
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？尚拚恼`差包括整個溫度范圍內(nèi)的零點和滿量程增益誤差。溫度傳感器用來跟蹤壓力傳感器的環(huán)境溫度
。


·電流或電壓輸出
，以適應(yīng)多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的幅度范圍——汽車工業(yè)要求信號調(diào)理器提供0.5V~4.5V輸出，工業(yè)和過程控制應(yīng)用通常要求4mA~20mA輸出
，而測試設(shè)備輸出要求0~5V的輸出范圍
。通過采用多電壓量程或電流輸出的信號調(diào)理器，設(shè)計人員無須為每個應(yīng)用設(shè)計一個電路板
。

·全模擬信號通道，無須信號數(shù)字化——保持壓力傳感器輸出的模擬信號可避免由于數(shù)字化傳感器輸出而帶來的任何量化噪聲
。

·更寬的電流或電壓輸入范圍
，使信號調(diào)理器兼容于更多的傳感器。

·低功耗——手持和便攜式設(shè)備通常要求低功耗器件
，而這里介紹的信號調(diào)理器僅消耗2mA的電流
。

圖1是目前信號調(diào)理器所采用的結(jié)構(gòu)簡圖
。圖中，來自壓阻傳感器的信號(或其它類型的傳感器)先經(jīng)過放大
，再采用存儲于EEPROM中的預(yù)置數(shù)據(jù)進行修正
。

通常，如果產(chǎn)品結(jié)合專用器件的軟件
，提供一個友好的用戶PC界面去控制信號調(diào)理器，將節(jié)省大量的時間
。Maxim公司的MAX1452 評估套件就包含了這樣的軟件
，能夠通過串口與PC連接。

提取器件特征和測試器件的步驟

步驟1  工程師在確定補償系數(shù)之前
，必須先提取壓力傳感器(通常為壓阻式)在整個溫度范圍內(nèi)的特征參數(shù)
，計算出合適的修正點，以產(chǎn)生期望的輸出
。采用多少點修正取決于壓力傳感器的線性度和用戶期望的精度
，將特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成期望輸出的點即為數(shù)據(jù)補償點。

步驟2  必須開發(fā)一個軟件
，以便用戶能夠?qū)崿F(xiàn)PC與多個信號調(diào)理器的通信，使用戶能夠?qū)⒌谝徊接嬎愠龅难a償數(shù)據(jù)存入多個信號調(diào)理器的EEPROM中
。

步驟3  在準(zhǔn)備好烘箱
、壓力源、電源等設(shè)備后
，還需要開發(fā)一個實現(xiàn)設(shè)備的自動控制和數(shù)據(jù)采集的程序
。許多電源、示波器以及其它測試設(shè)備都具有現(xiàn)成的程序代碼
，允許用戶與這些指定設(shè)備通信
。

步驟4  建立一個測試夾具，以允許多個測試器件(DUT)連接至PC和測試設(shè)備
。這樣就能夠同時測試多個器件
。通常，安排一組復(fù)用板來完成此項任務(wù)
。

步驟5  工程師在確定修正系數(shù)之后，還需保證器件和測試設(shè)備之間通信
，安裝測試夾具
，以及準(zhǔn)備好所有必需的測試設(shè)備，確定和編寫一個控制程序，以管理和執(zhí)行測試過程
。

事實上
，這種處理過程幾乎同設(shè)計壓力傳感器產(chǎn)品一樣困難。同時
，測試條件通常是圍繞著某種特定的壓力傳感器而設(shè)計的
，這就意味著無法借用其它相同的測試條件。

縮短產(chǎn)品上市時間

從市場的發(fā)展?fàn)顩r看,產(chǎn)品的上市時間每延遲六個月
，將失去總預(yù)期銷量的一半。設(shè)計人員所面臨的挑戰(zhàn)是巧妙縮短產(chǎn)品的上市時間
，同時
，由于采用先進的信號調(diào)理器還可獲得一定的成本節(jié)余。

除了能夠提供測試設(shè)備外
，先進的校準(zhǔn)系統(tǒng)還使設(shè)計者從上述種種設(shè)計壓力下解脫出來。這些系統(tǒng)具備軟件和接口能力
，可適應(yīng)現(xiàn)有設(shè)備
。采用LabVIEW或C語言編寫的源代碼，校準(zhǔn)系統(tǒng)能夠發(fā)出命令至溫控烘箱
、經(jīng)過校準(zhǔn)的壓力源
、供電電源以及數(shù)字萬用表等設(shè)備。這些系統(tǒng)能夠同時對100個器件進行特征數(shù)據(jù)的測量
，并計算修正系數(shù)。工程師僅需要提供測試設(shè)備即可建立一個完整的特征/校準(zhǔn)自動測試設(shè)備
。由于系統(tǒng)能夠同時對100個器件進行校準(zhǔn)
，公司在大規(guī)模生產(chǎn)條件建立之前就能夠生產(chǎn)出成千上萬個經(jīng)過校準(zhǔn)的壓力傳感器，將產(chǎn)品面世時間縮短6個月以上
。

圖2闡述了測試條件中校準(zhǔn)系統(tǒng)(MAX145x)的作用
。MAX145x校準(zhǔn)系統(tǒng)經(jīng)過工廠調(diào)整后能夠提供特定的應(yīng)用和傳感器校準(zhǔn)，同時還給用戶留出空間
，以進一步制定測試過程
。

結(jié)　語

信號調(diào)理器校準(zhǔn)系統(tǒng)使生產(chǎn)廠商在原理樣機完成后，能夠輕松而快捷地滿足小訂單的要求
。通過簡化信號調(diào)理器的設(shè)計和測試過程
，顯著地縮短了產(chǎn)品的上市時間。因此
，在傳感器領(lǐng)域中，校準(zhǔn)系統(tǒng)和高集成度的信號調(diào)理器已經(jīng)成為不可缺少的工具。








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