壓力傳感器信號調節(jié)器PGA900設計思路

德州儀器(TI)日前推出了業(yè)內最高分辨率壓力傳感器信號調節(jié)器PGA900，該款產品提供一個可編程內核，可在很多壓力性橋式傳感應用中實現(xiàn)靈活線性化和溫度補償，實現(xiàn)了對壓力、應力、流量以及液體水平面等條件的快速精確的24位測量。

怎樣才算一顆好的壓力傳感器

眾所周知，傳感器信號調節(jié)器的主要目的是將前端非線性信號經過處理變?yōu)榫€性輸出，線性度的好壞直接決定了精度的高低，它涉及內部ADC量化精度、用于非線性到線性的處理器內核和輸出接口(0-5V還是工業(yè)類通用的4mA-20mA)等多個因素。此外，集成性對芯片也提出了很高的要求。

PGA900不但集成了2個用于高分辨率信號采集的低噪聲24位ADC，最大可達到10ppm/℃的低漂移電壓基準可在-40℃至150℃工作溫度范圍內的實現(xiàn)高精度感測。還集成了一個可用來提供高線性模擬輸出的14位DAC以及多種輸出接口，包括模擬電壓、4-20mA電流回路、串行外設接口(SPI)、I2C、通用異步收發(fā)器(UART)和單線制接口(OWI)，可為設計人員提供可以針對不同應用需求的選項。

此外，PGA900內置的ARMCortex-M0內核使開發(fā)人員能夠用專有溫度與非線性補償算法設計產品，單線制接口可以在不使用其它線路的情況下，通過電源引腳實現(xiàn)通信、配置和校準，而集成的電源管理電路還可滿足3.3V至30V之間的外部電源電壓輸入需求。

解讀PGA900設計思路

之所以在PGA900內部集成兩個24位ADC，TI半導體事業(yè)部中國區(qū)模擬業(yè)務拓展經理朱文斌解釋稱，一個通道用來采集橋式應變片的非線性壓力信號，另外一個則是用來做溫度的采集。“溫度對于壓力傳感器其實很重要。”他說，曾經有客戶做了一些成本較低的壓力傳感器芯片，由于沒有采用溫補措施，使得系統(tǒng)油壓溫度一度達到了150℃，遠遠超過60℃的正常溫度，導致關鍵系統(tǒng)失效。

而對于選擇Cortex-M0MCU，TI半導體事業(yè)部中國區(qū)業(yè)務拓展總監(jiān)吳健鴻認為，這是“TI在認真傾聽了客戶反饋后做出的正確選擇。”首先，PGA900只是把24位ADC做一個簡單的運算就直接進行輸出，M0這種有一點實時控制功能的內核就足夠了，如果用M4就有點“大材小用”的感覺;其次，有些客戶會有自己的軟件IP和算法，采用M0內核，會方便他們在做非線性處理時寫進自己的一階、兩階甚至五階代碼，從而開發(fā)出來非常好的從非線性到線性校正的產品。

TI在定義怎樣做好評估套件方面也頗費了一番工夫，重大改進包括支持30V電壓和4mA-20mA電流、多種輸入接口等。朱文斌表示，“這些改進對于工業(yè)客戶而言非常重要。”由于硅應變片、陶器應變片、合金應變片基本都是通過腐蝕、高溫工藝加工出來的，一致性不會特別好，某些國內傳感器廠商的產品要保證做到每個電阻橋的誤差不超過5%都很難。這是因為低成本應變片每個電阻橋的初始誤差和溫漂差異很大，好的應變片成本又很高，但如果使用前端高精度ADC加M0內核去做補償，用戶對于前端傳感器的選擇范圍就會更寬，甚至可以是一些低成本、廉價的傳感器。

壓力測量是PGA900最大的應用市場，但其實只要前端傳感器是橋式應變計(惠斯通電橋)，就都可以用PGA900來處理，包括加速度計、濕度傳感器等。“未來幾年，工業(yè)對傳感器的需求會越來越高，在生產或機械手臂里會有幾十或幾百個傳感器。傳感器的數(shù)據(jù)可能需要遠程傳輸。因此，整合MCU可以更方便地收集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)娇刂芃CU，如C2000。所以，在這個行業(yè)，工業(yè)自動化特別看好整合的產品。”吳健鴻說。

PGA900評估模塊