JHM1203在壓力傳感器上的應(yīng)用

1   芯片介紹

JHM1203 是北京久好電子公司自主研發(fā)，針對(duì)差分電阻橋式或半橋式傳感器信號(hào)的一款高精度、低功耗信號(hào)調(diào)理集成電路。該芯片內(nèi)置13.2~72X 可調(diào)前置放大器，可以適應(yīng)(2~50) mV/V 傳感器芯體；ADC 輸入電壓偏置可設(shè)，可以適應(yīng)壓力芯體2.5 倍滿量程輸出的零點(diǎn)偏差；還內(nèi)置分辨率為0.003 ℃的溫度傳感器，作為溫度測(cè)量和溫漂補(bǔ)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(nèi)置數(shù)字信號(hào)處理電路可對(duì)傳感器的溫漂、零點(diǎn)偏差、靈敏度偏差和非線偏差同時(shí)進(jìn)行最高二階的補(bǔ)償；片上還集成了一次性可編程存儲(chǔ)器(OTP)，掉電后仍可保存?zhèn)鞲衅鞯?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/補(bǔ)償">補(bǔ)償系數(shù)。壓力傳感器的微小差分信號(hào)經(jīng)過(guò)其補(bǔ)償后，可直接輸出標(biāo)準(zhǔn)的壓力和溫度數(shù)據(jù)，方便客戶使用。

2   電路結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，JHM1203 基本電路為標(biāo)準(zhǔn)的I2C 電路，正常工作僅需要三個(gè)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(cè)算

JHM1203 專門(mén)為低功耗的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，其待機(jī)電流為0.1 μA，表1 為JHM1203 帶外部5 kΩ 橋阻時(shí)的實(shí)測(cè)功耗，在1 Hz ODR 的最小功耗約16.7 μA。

4   校準(zhǔn)方法

JHM1203 內(nèi)部集成數(shù)字信號(hào)處理（DSP）電路，支持2~7 點(diǎn)的校準(zhǔn)計(jì)算，一般來(lái)說(shuō)，校準(zhǔn)點(diǎn)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(píng)估套件和批量套件，最多可同時(shí)校準(zhǔn)1024 路傳感器。該校準(zhǔn)套件的作用是算出補(bǔ)償系數(shù)，寫(xiě)入調(diào)理芯片，完成補(bǔ)償過(guò)程。北京久好還可以提供JHM1203 的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，方便客戶開(kāi)發(fā)自己的校準(zhǔn)系統(tǒng)。

5   I²C通信

以下說(shuō)明通信指令，以JHM1203 的默認(rèn)I2C 地址（0X78）舉例，JHM1203的I2C地址可以通過(guò)寫(xiě)OTP修改。

5.1 I2C時(shí)序圖，如圖2所示。

5.2 啟動(dòng)一次測(cè)量指令

0×F0 表示默認(rèn)的7 位I2C 傳感器從機(jī)設(shè)備地址為0×78，最后1 位為0 表示主設(shè)備MCU 對(duì)從設(shè)備進(jìn)行寫(xiě)操作。0×AC 為命令字，啟動(dòng)從設(shè)備傳感器進(jìn)行一次測(cè)量，如圖3 所示。

5.3 判斷測(cè)量結(jié)束的方法

發(fā)送完寫(xiě)命令后需要等待一段時(shí)間，直到從設(shè)備傳感器測(cè)量結(jié)束，再發(fā)讀命令讀取測(cè)量數(shù)據(jù)。判斷從設(shè)備傳感器測(cè)量結(jié)束，除延時(shí)等待外，還有以下兩種檢測(cè)方式。

1) 軟件查詢法——讀狀態(tài)字，如圖4 所示。

0×F1 表示默認(rèn)的7 位I2C 傳感器從機(jī)設(shè)備地址為0×78，最后1 位為1 表示主設(shè)備MCU 對(duì)從設(shè)備進(jìn)行讀操作，讀取的第1 個(gè)字節(jié)為狀態(tài)字，有關(guān)狀態(tài)字的比特位描述有表可查。

2) 硬件判斷法——EOC 識(shí)別或中斷

啟動(dòng)測(cè)量后，EOC 變?yōu)榈碗娖健?”；測(cè)量結(jié)束后，EOC 變?yōu)楦唠娖健?”。

5.4 讀取壓力數(shù)值

0×F1 表示默認(rèn)的7 位I2C 傳感器從機(jī)設(shè)備地址為0×78，最后1 位為1 表示主設(shè)備MCU 對(duì)從設(shè)備進(jìn)行讀操作，讀取的第1 個(gè)字節(jié)為狀態(tài)字，接著讀取的是三個(gè)字節(jié)的壓力數(shù)值。

6   輸入輸出關(guān)系

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

Pressure：實(shí)際壓力值；Dtest：傳感器數(shù)字輸出值；PMIN：傳感器零點(diǎn)壓力值；PMAX：傳感器滿量程壓力值；DMIN：傳感器零點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)數(shù)字輸出值；DMAX：傳感器滿量程時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出值。

7   典型應(yīng)用電路

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

如表2 和表3 所示是兩只溫補(bǔ)后壓力傳感器的測(cè)試數(shù)據(jù)，需要說(shuō)明的是，這兩只傳感器的壓力芯體為不同的生產(chǎn)廠家隨機(jī)抽選。經(jīng)過(guò)三個(gè)溫度點(diǎn)下的共7 個(gè)壓力點(diǎn)補(bǔ)償后，這兩只傳感器在-20~60℃溫區(qū)內(nèi)都達(dá)到了0.1%FS 以內(nèi)的精度。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年2月期）