采用信號調理IC驅動(dòng)應變片電橋傳感器

溫度對傳感器性能的影響

溫度導致零負載輸出電壓漂移(也稱(chēng)為失調)，在負載情況下使靈敏度出現變化(也定義為滿(mǎn)量程輸出電壓)，對傳感器性能有不利的影響。傳感器生產(chǎn)商在電路中引入溫度敏感電阻，補償這些變化的一階影響，如圖1-3所示。

當溫度變化時(shí)，電阻RFSOTC和RFSOTC_SHUNT調制電橋激勵電壓。一般而言，RFSOTC材料有正溫度系數，電橋激勵電壓隨溫度升高而降低。隨著(zhù)溫度的提高，傳感器輸出對負載越來(lái)越敏感。降低電橋激勵電壓能夠減小傳感器輸出，有效地抵消內在溫度效應。電阻RSHUNT對溫度或者應變不敏感，用于調整RFSOTC產(chǎn)生的TC補償量。0Ω的RSHUNT能夠抵消RFSOTC的所有影響，而無(wú)限大的值(開(kāi)路)將使能RFSOTC的所有影響。該方法補償一階溫度靈敏度的效果非常好，但是不能解決更復雜的高階非線(xiàn)性效應。

通過(guò)在電橋的一臂上插入溫度敏感電阻來(lái)完成失調變化的溫度補償。這些電阻是圖1-3中所示的ROTC_POS和ROTC_NEG。分流電阻(ROTC_SHUNT)調整ROTC_POS或者ROTC_NEG引入的溫度影響量。使用ROTC_POS或者ROTC_NEG取決于失調是正溫度系數還是負溫度系數。

怎樣實(shí)現電流激勵驅動(dòng)

由于電橋電阻隨負載變化，以及內置靈敏度補償網(wǎng)絡(luò )(圖2中顯示的RFSOTC和RFSOTC-SHUNT)中的電流過(guò)大或者電流反向等原因，使用電流來(lái)激勵電橋傳感器有很大的困難。

可以采用各種方法來(lái)解決這些問(wèn)題，實(shí)現電流激勵驅動(dòng)。一種簡(jiǎn)單的方法是使用MAX1452，通過(guò)配置實(shí)現電壓驅動(dòng)。該電路包括很少的外部元件，這些元件可滿(mǎn)足電壓激勵需要的大電流要求。MAX1452是全集成信號調理IC，完成傳感器激勵、信號濾波和放大、失調和靈敏度的溫度線(xiàn)性化等。

MAX1452主要設計用于壓力傳感中的硅片壓阻換能器(PRT)。它采用了4個(gè)16位Δ-Σ DAC (D-A轉換器)、溫度傳感器和溫度系數表來(lái)完成電橋傳感器的溫度補償和線(xiàn)性化(圖4)。在傳感單元和電壓輸出之間通過(guò)模擬信號通路來(lái)完成溫度補償和放大。該IC借助很少的外部電路就可以適應金屬片或者厚膜應變片，為惠斯通電橋提供電壓激勵以及更強的電流驅動(dòng)能力。


圖4. MAX1452是電橋傳感器全集成信號調理IC

MAX1452包括PRT電流激勵電路(圖5)。電路包括一個(gè)電流鏡像(T1和T2)，將小參考電流放大14倍，足以驅動(dòng)2kΩ到5kΩ的PRT傳感器。在RISRC和RSTC上加電壓可以獲得參考電流。該電壓由運算放大器U1反饋環(huán)路中的16位精度滿(mǎn)量程輸出D/A轉換器(FSO DAC)設置。


圖5. PRT電橋激勵電路圖

FSO DAC采用了Σ-Δ體系結構，其數字輸入來(lái)自閃存中的溫度系數表。溫度每遞增1.5°C，每4ms向DAC提供唯一的16位系數。DAC輸出電壓驅動(dòng)p溝道MOSFET T1的柵極，隨之向RISRC和RSTC驅動(dòng)足夠的電流，產(chǎn)生等于FSO DAC電壓的電壓。通過(guò)T1的電流，由T2鏡像放大14倍，成為電橋驅動(dòng)電流。

電阻RSTC使能傳感器激勵電流的一階調制，該電流是溫度的函數。對于硅片PRT換能器，當電流通過(guò)電橋時(shí)，從結果傳感器電橋電壓中獲得溫度。這類(lèi)傳感器在電橋電阻和溫度之間具有很好的傳輸函數。通過(guò)電流激勵電橋，您可以調整結果電橋電壓，利用它對失調和靈敏度進(jìn)行一階補償。這可以通過(guò)連接電橋電壓(引腳BDR)和滿(mǎn)量程輸出溫度補償DAC (FSOTC DAC)的參考輸入來(lái)實(shí)現。但是要記住，當使用金屬片或者厚膜應變片時(shí)，一般不適合采用電流激勵。