传感器信号通道重点

传感器信号通道本设计指南论述了常有传感器变送器的信号链路，合用于压力、温度、电流、光信号检测以及靠近检测。文章介绍了信号通道盘根错节的选择，此中给出的设计事例和原理框图有助于读者选择最正确器件，以知足系统的不一样需求。<--=====================================================================--><--CONTENT:DBHTML--><--=====================================================================-->压力传感器和称重(加载/感觉)概括在现代工业控制和系统监测领域，往常需要监测、丈量压力和重量。因为压力可直接用来丈量流体、高度及其余物理量，压力丈量特别重要。因为加载是影响传感器输出的一项属性，压力、重量丈量装置能够看作是“加载传感器”。加载传感器的应用特别宽泛，包含从真空计到重型机械称重，以及工业液压设施、绝对压力传感器(MAP)等各个领域。每种应用对精度、正确度和成本都有不一样的详细需求。固然压力和重量(加载/感觉)的丈量方法和技术有很多，但最常用的丈量装置是应力计。最常有的应力计有两种：一种是重量/压力传感器大多采纳的金属箔；另一种是鉴于半导体的压阻式传感器，宽泛用于压力丈量。相对于金属箔传感器，压阻式传感器敏捷度更高，线性度也更好，但简单受温度的影响，并有必定的初始偏差。从原理上讲，所有应力计在遇到外力时都会改变电阻值。所以，有电信号激励时，即可有效地将压力、重量变换成电信号。往常在惠斯通电桥(有时称为测压元件)上搁置1个、2个或4个这样的有源电阻元件(应力计)，进而产生与压力或重量对应的差分输出电压。工程师能够设计一种能够知足多种加载/感觉系统需求的传感器模块。一款成功的设计需要包含用于检测物理量的传感器元件和设计合理的信号链路。加载/感觉系统的信号链路框图。对于Maxim介绍的压力传感器方案的详尽信息，请接见：。齐备的信号链路方案传感器信号链路一定能够办理带有噪声的弱信号。为了正确丈量电阻式传感器输出电压的变化，电路一定具备以下功能：激励、放大、滤波和收集。有些解决方案可能还要求采纳数字信号办理(DSP)技术对信号进行办理、偏差赔偿、数字放大以及用户可编程操作。激励拥有极低温漂的高精度、稳固的电压或电流源常常用作传感器激励。传感器输出与激励源成比率(常常以mV/V表示)。所以，设计时，模/数变换器(ADC)和激励电路往常采纳一个公共基准，或许将激励电压作为ADC的基准。能够利用附带的ADC通道精准丈量激励电压。传感器/电桥信号链路的这部分功能包含应力传感器，它被搁置在测压元件(惠斯通电桥设计)部分，如上文中的“概括”部分。放大和电平变换—模拟前端(AFE)有些设计中，传感器输出电压范围特别小，要求分辨率达到nV级。这类状况下，在将传感器输出信号送至ADC输入以前，一定对信号进行放大。为了防备放大阶段引入偏差，需要选择低失调电压(VOS)、低温漂的低噪声放大器(LNA)。惠斯通电桥的弊端是共模电压远远大于实用信号。这意味着LNA还一定拥有特别高的共模克制比(CMRR)，往常大于100dB。假如采纳单端ADC，则需附带电路在数据收集以前除去较高的共模电压。其他，因为信号带宽很窄，放大器的1/f噪声也会引入偏差。所以，最好采纳斩波稳固放大器。使用分辨率特别高的ADC，占用满量程范围的一小部分有助于降低对放大器的苛刻要求。收集—ADC选择ADC时需严格确认其技术指标，比如：无噪声范围或有效分辨率，该指标表示ADC能够鉴别固定输入电平的能力。一种代替指标是无噪声计数或编码。大部分高精度ADC的数据资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形式表示这些指标。其余需要考虑的ADC指标包含：低失调偏差、低温漂及优秀的线性度。对于特定的低功耗应用，速度与功耗的关系也是特别重要的规格。滤波传感器信号的带宽一般很窄，对噪声的敏感度较高。所以，经过滤波限制信号的带宽可明显降低整体噪声。利用Σ-ADC能够简化噪声滤波要求，因为这类架构供给固有的过采样特征。数字信号办理(DSP)—数字域除模拟信号调治外，为了提守信号并降低噪声，还需要在数字域对所收集的信号作进一步办理。往常需要找到针对详细应用及其细微差其他算法。有些通用算法，比如，数字域的失调解增益校准、线性化办理、数字滤波和鉴于温度(或其余限制要素)的赔偿。信号调治/集成方案有些集成方案把所有需要的功能模块集成在单调芯片，往常称为传感器信号调治器IC。信号调治器是一种专用IC(ASIC)，它对输入信号进行赔偿、放大和校准，能够覆盖较宽的温度范围。依据对信号调治器的不一样精度要求，ASIC会合成以下所有或部分模块：传感器激励电路、数/模变换器(DAC)、可编程增益放大器(PGA)、模/数变换器(ADC)、储存器、多路复用器(MUX)、CPU、温度传感器以及数字接口。常有的信号调治器有两种种类：模拟信号通路的调治器(模拟调治器)和数字信号通路的调治器(数字调治器)。模拟调治器的响应时间较快，供给连续的输出信号，反应输入信号的及时变化。它们往常采纳硬件赔偿体制(不够灵巧)。数字调治器常常鉴于微控制器，因为ADC和DSP算法拥有必定的履行时间，响应时间较慢。应当考虑ADC的分辨率，将量化偏差降至最小。数字信号调治器的最大利处是供给灵巧的赔偿算法，可依据用户的应用进行调整。温度检测概括温度检测在工业系统中的主要作用表此刻三个方面。温度控制，比如恒温炉、冷冻箱和环境控制系统，依据实测温度判断实行加热/致冷操作。校准各样传感器、振荡器及其余常常随温度变化的元件。由此，一定经过丈量温度保证敏感系统元件的精度。保护元件和系统在极端温度下不被破坏。温度检测决定所要采纳的相应举措。热敏电阻、RTD、热电偶和IC是当前应用最广的温度检测技术。每种设计方案都有其自己的优势(比如成本、精度、测温范