基于惠斯頓電橋的壓力傳感器的解決方案

　　幸運的是，給定傳感器的偏移和滿(mǎn)刻度誤差隨時(shí)間變化相當穩定，因此一旦傳感器得到校準，在該傳感器生命期內可能無(wú)需改變校準系數就能滿(mǎn)足精度要求。當然，在每次上電時(shí)通常需要再次校準系統。

　　基本信號調節電路由一個(gè)儀表放大器和一個(gè)模數轉換器(ADC)組成。儀表放大器將來(lái)自傳感器的小輸出電壓放大到適合ADC的電平，然后由ADC將放大后的傳感器輸出電壓轉換為數字式，再交給控制器或DSP處理(圖2)。儀表放大器可以用來(lái)避免橋過(guò)載，而這種過(guò)載會(huì )改變傳感器輸出電壓值。

圖2：基本壓力傳感器調節電路。

　　傳感器的滿(mǎn)刻度輸出即最大輸入，能夠在放大器輸入端看到。當傳感器輸出處于滿(mǎn)刻度時(shí)，ADC輸入應該接近其滿(mǎn)刻度值，這個(gè)值通常就是ADC的參考電壓VREF。放大器要求的增益大小為：

　　其中VREF代表ADC的參考電壓，“Sensor FS”是傳感器的滿(mǎn)刻度輸出值。假設電阻完美匹配，那么儀表放大器的增益等于：

　　需要解決的挑戰

　　如前所述，關(guān)于傳感器有兩大挑戰需要解決：首先是傳感器具有輸出偏移，這個(gè)偏移可以在圖2中的VOFF點(diǎn)加合適的電壓進(jìn)行調整，或者在傳感器輸出被數字化后用軟件消除。如果用軟件處理，那么VOFF就變成0伏。

　　用軟件消除偏移的問(wèn)題在于，限制了可測量的傳感器范圍。如果偏移是正的，將限制可以測量的最大傳感器輸出，因為放大的傳感器輸出可能比期望的更早達到ADC滿(mǎn)刻度值。如果偏移是負的，將無(wú)法精確測量很小的傳感器輸出電平，因為在超過(guò)放大的偏移值之前，ADC輸出代碼不會(huì )高過(guò)零值。

　　第二個(gè)挑戰是可能針對傳感器滿(mǎn)刻度輸出的輸出電壓值范圍。例如，標稱(chēng)滿(mǎn)刻度輸出電壓為100mV的傳感器可能有這樣一個(gè)指標，它表明了這種滿(mǎn)刻度輸出低至50mV和高至150mV的可能性。

　　如果滿(mǎn)刻度傳感器輸出低于標稱(chēng)值，ADC的滿(mǎn)刻度范圍就不會(huì )使用。如果滿(mǎn)刻度傳感器輸出超過(guò)標稱(chēng)值，ADC輸出將在傳感器輸出達到其滿(mǎn)刻度之前先達到ADC滿(mǎn)刻度輸出值。此外，如果傳感器輸出或放大器本身有漂移，那么在讀數時(shí)將存在某種不確定性和不精確性。

　　幸運的是，目前的傳感器即使有時(shí)間漂移也非常小，仔細選擇放大器可以使放大器漂移最小。因此，在制造期間和/或系統上電時(shí)，電路增益可以一次調整到位。