薄膜壓力傳感器微小信號的電路調理設計

發布時間：2016-8-15??????發布人：澤天傳感??????點擊：

1、設計目的

針對微壓薄膜壓力傳感器，設計一傳感器用微小信號調理電路，將傳感器四臂差動全橋輸出的微弱信號進行濾波、放大、補償、校準等處理。將微小的壓力信號轉換為標準的電信號。

2、電路性能指標要求

（1）差分電壓輸入范圍：小于0.2mV/V；

（2）調理電壓輸出范圍：0～5V.DC；

（3）工作溫度范圍：-55℃～+125℃；

（4）零點溫漂：0.03%/℃；

（5）非線性：0.1%/FS。

3、設計難點

信號源幅度小于0.2mV/V。由于微壓傳感器感受的壓力形變小，導致電橋電阻的變化相對于大量程壓力傳感器要小得多，這樣電橋在激勵源的作用下，輸出的差分電壓也很小。微小的電壓信號容易受到噪聲的干擾，也容易受到放大器本身的溫漂、失調電壓的影響，同時不利于數字處理電路進行處理。

傳感器的零點偏移補償要求。四臂全橋的橋阻雖然在設計時充分考慮了其對稱性，但在生產過程中總會引入偏差，壓力傳感器輸出的電壓信號一般都會有5mV到30mV不等的零點偏移。為了保證壓力和標準信號輸出的關系，必須補償零點偏移量。

傳感器的非線性補償要求。受到彈性元件的影響，微小量程的壓力傳感器也不可免的存在非線性，要求信號調理電路要能夠對傳感器的非線性進行補償，減小傳感器的非線性偏差。

寬的工作溫度范圍（-55℃~125℃）。在如此寬的溫度工作范圍內，即使使用低溫度系數的合金電阻，橋阻的阻值也會由于溫度的變化而發生漂移。導致傳感器的輸出信號產生溫度漂移。另外，半導體集成電路受溫度影響也很明顯，在放大信號的同時也引入了一定的溫漂，因此必須進行溫度補償。

為減小電路的體積，盡量選用集成電路，但集成電路大部分工作溫度范圍為-40℃~85℃。能夠-在55℃~125℃工作，體積小巧的信號放大處理芯片可選擇較少。

4、解決方案

目前，能夠在較寬的溫度范圍內工作且能夠進行溫度補償的橋式傳感器信號調理芯片有MAX1452。具備零點偏移補償、非線性補償功能，且1452工作范圍只有-40℃~125℃。通過使用前置差分運放將傳感器的輸出電壓進行放大，然后給MAX1452進行處理。這樣MAX1452使用較小的放大倍數就可檢測到輸入信號，小的放大倍數可以減小噪聲干擾。但是，增加電路加大了電路板的尺寸。差分放大電路不可避免的引入信號畸變。此電路可將非線性為1.5%的信號校準為0.1%，線性度可以提高15倍。

5、結論