汽車電子的壓力傳感器電路設(shè)計

　　汽車傳感器是汽車電子化、智能化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵， 而其中使用較多、發(fā)展最快的是壓力傳感器。汽車壓力傳感器應(yīng)用在汽車的很多系統(tǒng)中，如電子檢測系統(tǒng)、保安防撞系統(tǒng)等。其中應(yīng)用在輪胎氣壓方面的目的在于最大限度地減少或消除高壓爆胎和低壓輾胎造成的輪胎早期的損壞， 使輪胎經(jīng)常保持標(biāo)準(zhǔn)氣壓， 延長輪胎的壽命，降低輪胎的消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。有報道說，將微型壓力傳感器埋置于汽車輪胎中，測量其中氣壓， 以控制對輪胎的充氣量，避免過量和不夠，由此可節(jié)省百分之十的汽油。

　　簡單的信號調(diào)節(jié)電路應(yīng)該允許放大器的輸出與所使用的傳感器相互獨立，提供互換性和高電平輸出并且成本低廉。傳感器補(bǔ)償板上的激光調(diào)整電阻調(diào)節(jié)外部放大器的增益使之與壓力靈敏度變化歸一化。

　　圖 1 所示信號調(diào)節(jié)電路提供了用作傳感器激勵的精密恒流源和由傳感器中反饋電阻 R 控制增益的儀用放大器。

　　電流源是由±1%帶隙的基準(zhǔn)二級管 VR 控制，基準(zhǔn)電流 I0 由下式定義： I0=（E0-e0）/R2

　　其中：E0-二級管基準(zhǔn)電壓：1.235V±1%（LM385）eo---放大器 A1 的偏移；R2---反饋電阻值

　　選用失調(diào)電壓小于 1mV 的放大器 A1 和公差為±1%的電阻 R2，則可產(chǎn)生電流 I0=0.996MA，其典型精度為±1.4%。 增益調(diào)節(jié)電阻 r 調(diào)節(jié)為 R3=R4=100K 一個 2V 的差壓輸出。

　　如果要求零位調(diào)節(jié)，使用 OP227 代替 LT1013放大器并加上零位電位器 P1。零位電壓相對于差動偏聽偏差小于 0.5mV 的輸入為±4mV，，這對傳感器偏移的典型值（小于±1mV）而言就約有±3.5mV 的零位需要補(bǔ)償。

　　放大器提供另外的放大R8/R5，并將第一級的不同漂移電壓轉(zhuǎn)換為一個單端輸出電壓，整個的輸出電壓的等式為：Vout=2×A×R8/R5=5.000V@A=I 。A是實際激勵電流I0和指定電流的比例。

　　輸出幅度的總精度受反饋電阻 R3至R8的精度的影響，±0.1%精度的電阻如 Mepco/Electra5063Z，典型的增益誤差約為±0.24%。如果使用匹配較好的薄膜電阻，如 Bechman694-3-A，精度誤差可進(jìn)一步減小，在不加任何調(diào)試和壓強(qiáng)測試的情況下，整個信號調(diào)節(jié)電路在某個參考溫度下的幅度綜合誤差的典型值為 1.1%，這個誤差將疊加在傳感器的精度±1%之上。

　　如果沒有壓力源，可用下面的步驟來減小放大器的增益誤差，采用以下方法則電阻 R2 至 R8 可不用精密電阻，同樣能達(dá)到 1%的傳感器幅度誤差。

　　校準(zhǔn)步驟：

　　1）用精度為 0.1%的 7.50K 電阻代替電阻 r

　　2）檢查放大器的增益 K 并計算增益比 X （與理想增益 K0=69.028V/V 相比），其中 X=K/K0

　　3）通過調(diào)節(jié)電位器設(shè)置電流 I0=0.996/X（A）。

　　假設(shè)電橋電阻的最大值為 6.4KΩ（50℃）時，電橋電阻為 0.996mA，二級管參考電壓是 1.2V，這樣放大器 A1 的最大輸出電壓是 7.4V，而且對于LTC1051 放大器，在 1A 輸出電流時正向飽和壓降為0.5V，因而與所用電流源和放大器 LTC1051 有關(guān)的最小激勵電壓是 7.9V（7.4V+0.5V）。對于 LT1490，最大激勵電壓應(yīng)是 7.6V。最大激勵電壓受控于指定放大器的電壓調(diào)整特性。

　　輪胎氣壓測量及電路設(shè)計

　　下面以測量輪胎氣壓為例詳細(xì)闡述氣壓傳感器在汽車輪胎方面的應(yīng)用。此種設(shè)計可做成一種便攜式的裝置，測量時將氣壓傳感器的表置于輪胎氣門嘴上，這時胎壓作用于傳感器的膜片上， 通過壓阻效應(yīng)和系列變換輸出微弱的電壓信號，將電壓信號進(jìn)行相應(yīng)處理顯示電壓值。由此可知不同的氣壓對應(yīng)著不同的電壓值，即氣壓值和電壓值是一一對應(yīng)的，從而間接測量了氣壓值。胎壓測量電路方框圖如圖2所示。

　　圖2：：胎壓測量電路方框圖

　　電壓信號放大電路

　　我們選用的高精度低噪聲儀用放大器AD620，可以用在傳感器輸出信號小的放大器中，如光電池傳感器、應(yīng)變片傳感器以及壓力傳感器等。由于它具有低噪聲、增益精度高、增益溫度系數(shù)小和高線性度等優(yōu)良性能。用于此系統(tǒng)中是非常理想的。AD620是一種只用一個外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)為1-1000的儀表放大器，具有良好的直流性能和交流性能，AD620的體積小、功耗低成為應(yīng)用在壓力傳感器中的重要因素，傳感器信號放大電路如圖3所示。

　　圖3： 傳感器信號放大電路

　　編輯點評：本文簡單介紹了壓力傳感器應(yīng)用于汽車電子上的設(shè)計，汽車壓力傳感器在輪胎方面的應(yīng)用正在不斷地改進(jìn)，其中有很多種方式，如采用無線電發(fā)射和接受方式來測量氣壓的高低。