基于惠斯頓電橋的壓力傳感器的解決方案

　　幸運(yùn)的是，給定傳感器的偏移和滿刻度誤差隨時(shí)間變化相當(dāng)穩(wěn)定，因此一旦傳感器得到校準(zhǔn)，在該傳感器生命期內(nèi)可能無(wú)需改變校準(zhǔn)系數(shù)就能滿足精度要求。當(dāng)然，在每次上電時(shí)通常需要再次校準(zhǔn)系統(tǒng)。

　　基本信號(hào)調(diào)節(jié)電路由一個(gè)儀表放大器和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)組成。儀表放大器將來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(zhuǎn)換為數(shù)字式，再交給控制器或DSP處理(圖2)。儀表放大器可以用來避免橋過載，而這種過載會(huì)改變傳感器輸出電壓值。

圖2：基本壓力傳感器調(diào)節(jié)電路。

　　傳感器的滿刻度輸出即最大輸入，能夠在放大器輸入端看到。當(dāng)傳感器輸出處于滿刻度時(shí)，ADC輸入應(yīng)該接近其滿刻度值，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”是傳感器的滿刻度輸出值。假設(shè)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(zhàn)

　　如前所述，關(guān)于傳感器有兩大挑戰(zhàn)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(diào)整，或者在傳感器輸出被數(shù)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題在于，限制了可測(cè)量的傳感器范圍。如果偏移是正的，將限制可以測(cè)量的最大傳感器輸出，因?yàn)榉糯蟮膫鞲衅鬏敵隹赡鼙绕谕母邕_(dá)到ADC滿刻度值。如果偏移是負(fù)的，將無(wú)法精確測(cè)量很小的傳感器輸出電平，因?yàn)樵诔^放大的偏移值之前，ADC輸出代碼不會(huì)高過零值。

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

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

　　幸運(yùn)的是，目前的傳感器即使有時(shí)間漂移也非常小，仔細(xì)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(tǒng)上電時(shí)，電路增益可以一次調(diào)整到位。