雖然壓力和重量(加載/感應(yīng))的測量方法和技術(shù)有許多，但 常用的測量裝置是應(yīng)力計。

    常見的應(yīng)力計有兩種：一種是重量/壓力傳感器大多采用的金屬箔;另一種是基于半導(dǎo)體的壓阻式傳感器，廣泛用于壓力測量。相對于金屬箔傳感器，壓阻式傳感器靈敏度更高，線性度也更好，但容易受溫度的影響，并有一定的初始偏差。

    從原理上講，所有應(yīng)力計在受到外力時都會改變電阻值。因此，有電信號激勵時，即可有效地將壓力、重量轉(zhuǎn)換成電信號。通常在惠斯通電橋(有時稱為測壓元件)上放置1個、2個或4個這樣的有源電阻元件(應(yīng)力計)，從而產(chǎn)生與壓力或重量對應(yīng)的差分輸出電壓。

    工程師可以設(shè)計一種能夠滿足多種加載/感應(yīng)系統(tǒng)需求的傳感器模塊。一款成功的設(shè)計需要包括用于檢測物理量的傳感器元件和設(shè)計合理的信號鏈路。

    圖1 加載/感應(yīng)系統(tǒng)的信號鏈路框圖。

    完備的信號鏈路方案

    傳感器信號鏈路必須能夠處理帶有噪聲的弱信號。為了準確測量電阻式傳感器輸出電壓的變化，電路必須具備以下功能：激勵、放大、濾波和采集。有些解決方案可能還要求采用數(shù)字信號處理(dsp)技術(shù)對信號進行處理、誤差補償、數(shù)字放大以及用戶可編程操作。

    激勵

    具有極低溫漂的高精度、穩(wěn)定的電壓或電流源常常用作傳感器激勵。傳感器輸出與激勵源成比例(往往以mv/v表示)。因此，設(shè)計時，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和激勵電路通常采用一個公共基準，或者將激勵電壓作為adc的基準。可以利用附加的adc通道精確測量激勵電壓。

    傳感器/電橋

    信號鏈路的這部分功能包括應(yīng)力傳感器，它被放置在測壓元件(惠斯通電橋設(shè)計)部分，如上文中的“概述”部分。

    放大和電平轉(zhuǎn)換模擬端(afe)

    有些設(shè)計中，傳感器輸出電壓范圍非常小，要求分辨率達到nv級。這種情況下，在將傳感器輸出信號送至adc輸入之前，必須對信號進行放大。為了防止放大階段引入誤差，需要選擇低失調(diào)電壓(vos)、低溫漂的低噪聲放大器。惠斯通電橋的缺點是共模電壓遠遠大于有用信號。這意味著lna還必須具有非常高的共模抑制比(cmrr)，通常大于100db。如果采用單端adc，則需附加電路在數(shù)據(jù)采集之前消除較高的共模電壓。此外，由于信號帶寬很窄，放大器的1/f噪聲也會引入誤差。因此， 好采用斬波穩(wěn)定放大器。使用分辨率非常高的adc，占用滿量程范圍的一小部分有助于降低對放大器的苛刻要求。

    采集-adc

    選擇adc時需嚴格確認其技術(shù)指標，例如：無噪聲范圍或有效分辨率，該指標表示adc能夠辨別固定輸入電平的能力。一種替代指標是無噪聲計數(shù)或編碼。大多數(shù)高精度adc的數(shù)據(jù)資料把這些指標表示為噪聲峰值或rms 噪聲與速度的對應(yīng)關(guān)系表，有時也以噪聲直方圖的形式表示這些指標。

    其它需要考慮的adc指標包括：低失調(diào)誤差、低溫漂及優(yōu)異的線性度。對于特定的低功耗應(yīng)用，速度與功耗的關(guān)系也是非常重要的規(guī)格。

    濾波

    傳感器信號的帶寬一般很窄，對噪聲的敏感度較高。因此，通過濾波限制信號的帶寬可顯著降低總體噪聲。利用σ-δ adc能夠簡化噪聲濾波要求，因為這種架構(gòu)提供固有的過采樣特性。

    數(shù)字信號處理(dsp)-數(shù)字域

    除模擬信號調(diào)理外，為了提取信號并降低噪聲，還需要在數(shù)字域?qū)λ杉男盘栕鬟M一步處理。通常需要找到針對具體應(yīng)用及其細微差別的算法。有些通用算法，例如，數(shù)字域的失調(diào)和增益校準、線性化處理、數(shù)字濾波和基于溫度(或其它制約因素)的補償。

    信號調(diào)理/集成方案

    有些集成方案把所有需要的功能模塊集成在單一芯片，通常稱為傳感器信號調(diào)理器ic。信號調(diào)理器是一種專用ic (asic)，它對輸入信號進行補償、放大和校準，能夠覆蓋較寬的溫度范圍。根據(jù)對信號調(diào)理器的不同精度要求，asic會集成以下全部或部分模塊：傳感器激勵電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(dac)、可編程增益放大器(pga)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)、存儲器、多路復(fù)用器(mux)、cpu、溫度傳感器以及數(shù)字接口。

    常見的信號調(diào)理器有兩種類型：模擬信號通路的調(diào)理器(模擬調(diào)理器)和數(shù)字信號通路的調(diào)理器(數(shù)字調(diào)理器)。模擬調(diào)理器的響應(yīng)時間較快，提供連續(xù)的輸出信號，反映輸入信號的實時變化。它們通常采用硬件補償機制(不夠靈活)。數(shù)字調(diào)理器往往基于微控制器，由于adc和dsp算法具有一定的執(zhí)行時間，響應(yīng)時間較慢。應(yīng)該考慮adc的分辨率，將量化誤差降至 小。數(shù)字信號調(diào)理器的 大好處是提供靈活的補償算法，可根據(jù)用戶的應(yīng)用進行調(diào)整。

    溫度檢測

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