JHM1203在壓力傳感器上的應用

作者：劉海軍（北京久好電子科技有限公司技術支持與芯片應用部經(jīng)理，北京 100085）時間：2021-08-18 來源：電子產(chǎn)品世界

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編者按：本文介紹一款國產(chǎn)傳感器信號調理芯片JHM1203，該芯片應用于壓力傳感器，可直接輸出校準和溫補后的壓力數(shù)據(jù)，不再需要MCU具備復雜的校準算法。搭配數(shù)字校準板及上位機軟件，可以實現(xiàn)單路及批量的溫度補償和校準。基于JHM1203的壓力傳感器以及儀表已經(jīng)廣泛應用于白色家電、醫(yī)療電子、消費類電子，汽車電子和工控等領域，并取得了很好的效果。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202108/427667.htm

1 芯片介紹

JHM1203 是北京久好電子公司自主研發(fā)，針對差分電阻橋式或半橋式傳感器信號的一款高精度、低功耗信號調理集成電路。該芯片內置13.2~72X 可調前置放大器，可以適應(2~50) mV/V 傳感器芯體；ADC 輸入電壓偏置可設，可以適應壓力芯體2.5 倍滿量程輸出的零點偏差；還內置分辨率為0.003 ℃的溫度傳感器，作為溫度測量和溫漂補償使用；JHM1203 集成了高精度24 位Δ-ΣADC，ENOB 為20 位。

和普通ADC 不同，JHM1203 內置數(shù)字信號處理電路可對傳感器的溫漂、零點偏差、靈敏度偏差和非線偏差同時進行最高二階的補償；片上還集成了一次性可編程存儲器(OTP)，掉電后仍可保存?zhèn)鞲衅鞯?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/補償">補償系數(shù)。壓力傳感器的微小差分信號經(jīng)過其補償后，可直接輸出標準的壓力和溫度數(shù)據(jù)，方便客戶使用。

2 電路結構

如圖1 所示，JHM1203 基本電路為標準的I2C 電路，正常工作僅需要三個外部元件，其供電范圍為1.8~3.6 V，與絕大多數(shù)的MCU 兼容。

3 電流消耗測算

JHM1203 專門為低功耗的應用而設計，其待機電流為0.1 μA，表1 為JHM1203 帶外部5 kΩ 橋阻時的實測功耗，在1 Hz ODR 的最小功耗約16.7 μA。

4 校準方法

JHM1203 內部集成數(shù)字信號處理（DSP）電路，支持2~7 點的校準計算，一般來說，校準點數(shù)越多，得到的壓力和溫度數(shù)據(jù)的精度越好。JHM1203 擁有評估套件和批量套件，最多可同時校準1024 路傳感器。該校準套件的作用是算出補償系數(shù)，寫入調理芯片，完成補償過程。北京久好還可以提供JHM1203 的動態(tài)鏈接庫，方便客戶開發(fā)自己的校準系統(tǒng)。

5 I²C通信

以下說明通信指令，以JHM1203 的默認I2C 地址（0X78）舉例，JHM1203的I2C地址可以通過寫OTP修改。

5.1 I2C時序圖，如圖2所示。

5.2 啟動一次測量指令

0×F0 表示默認的7 位I2C 傳感器從機設備地址為0×78，最后1 位為0 表示主設備MCU 對從設備進行寫操作。0×AC 為命令字，啟動從設備傳感器進行一次測量，如圖3 所示。

5.3 判斷測量結束的方法

發(fā)送完寫命令后需要等待一段時間，直到從設備傳感器測量結束，再發(fā)讀命令讀取測量數(shù)據(jù)。判斷從設備傳感器測量結束，除延時等待外，還有以下兩種檢測方式。

1) 軟件查詢法——讀狀態(tài)字，如圖4 所示。

0×F1 表示默認的7 位I2C 傳感器從機設備地址為0×78，最后1 位為1 表示主設備MCU 對從設備進行讀操作，讀取的第1 個字節(jié)為狀態(tài)字，有關狀態(tài)字的比特位描述有表可查。

2) 硬件判斷法——EOC 識別或中斷

啟動測量后，EOC 變?yōu)榈碗娖健?”；測量結束后，EOC 變?yōu)楦唠娖健?”。

5.4 讀取壓力數(shù)值

0×F1 表示默認的7 位I2C 傳感器從機設備地址為0×78，最后1 位為1 表示主設備MCU 對從設備進行讀操作，讀取的第1 個字節(jié)為狀態(tài)字，接著讀取的是三個字節(jié)的壓力數(shù)值。

6 輸入輸出關系

MCU 端接收到JHM1203 返回的數(shù)據(jù)后，通過以下公式可得到準確的壓力數(shù)據(jù)。

Pressure：實際壓力值；Dtest：傳感器數(shù)字輸出值；PMIN：傳感器零點壓力值；PMAX：傳感器滿量程壓力值；DMIN：傳感器零點時對應數(shù)字輸出值；DMAX：傳感器滿量程時對應的數(shù)字輸出值。

7 典型應用電路

如圖6 所示為JHM1203的基本應用電路，可以設計一些小體積、高精度、高性價比的應用，例如氣壓高度計、電子煙壓力傳感器等數(shù)字輸出模組。對于已做過恒流溫補的擴散硅壓力芯體，為了得到更高的補償精度，推薦使用如圖7低功耗恒流激勵電路。使用此電路，對于一些低精度或窄溫區(qū)的應用可免做耗時的溫補，以降低生產(chǎn)成本。