谈谈微型数字压力传感器信号调理器及其校准系统

　　信号调理器常常被放置在微型数字压力传感器中，以补偿传感器在不同温度下的误差。现在，市场上能够买到低成本的信号调理器，它们可以精确地放大微型数字压力传感器信号、补偿传感器的温度误差，并且能够直接控制校准过程。可惜的是，随着信号调理器变得越来越完善，开发能够批量测试和校准这些器件的软硬件需要花费大量的时间，拖延了产品的上市时间。
 

　　本文介绍的校准系统能够让制造商在完成设计后的很短时间内生产出中等批量的、经过测试和校准的微型数字压力传感器和信号调理器组件。
 

　　传感器信号调理器
 

　　·灵活的温度补偿——有些信号调理器允许设计工程师在多达100个温度补偿点校准传感器输出，使工程师能够按照误差与压力传感器温度曲线之间的关系进行匹配，从而减小温度对传感器的影响。可修正的误差包括整个温度范围内的零点和满量程增益误差。温度传感器用来跟踪压力传感器的环境温度。
 

　　·电流或电压输出，以适应多种工业标准的幅度范围——汽车工业要求信号调理器提供0.5V~4.5V输出，工业和过程控制应用通常要求4mA~20mA输出，而测试设备输出要求0~5V的输出范围。通过采用多电压量程或电流输出的信号调理器，设计人员无须为每个应用设计一个电路板。

 

　　·全模拟信号通道，无须信号数字化——保持压力传感器输出的模拟信号可避免由于数字化传感器输出而带来的任何量化噪声。
 

　　·更宽的电流或电压输入范围，使信号调理器兼容于更多的传感器。
 

　　·低功耗——手持和便携式设备通常要求低功耗器件，而这里介绍的信号调理器仅消耗2mA的电流。
 

　　来自压阻传感器的信号(或其它类型的传感器)先经过放大，再采用存储于EEPROM中的预置数据进行修正。
 

　　通常，如果产品结合器件的软件，提供一个友好的用户PC界面去控制信号调理器，将节省大量的时间。Maxim公司的MAX1452 评估套件就包含了这样的软件，能够通过串口与PC连接。
 

　　提取器件特征和测试器件的步骤
 

　　步骤1 工程师在确定补偿系数之前，必须先提取压力传感器(通常为压阻式)在整个温度范围内的特征参数，计算出合适的修正点，以产生期望的输出。采用多少点修正取决于压力传感器的线性度和用户期望的精度，将特征数据转换成期望输出的点即为数据补偿点。
 

　　步骤2 必须开发一个软件，以便用户能够实现PC与多个信号调理器的通信，使用户能够将步计算出的补偿数据存入多个信号调理器的EEPROM中。
 

　　步骤3 在准备好烘箱、压力源、电源等设备后，还需要开发一个实现设备的自动控制和数据采集的程序。许多电源、示波器以及其它测试设备都具有现成的程序代码，允许用户与这些设备通信。
 

　　步骤4 建立一个测试夹具，以允许多个测试器件(DUT)连接至PC和测试设备。这样就能够同时测试多个器件。通常，安排一组复用板来完成此项任务。
 

　　步骤5 工程师在确定修正系数之后，还需保证器件和测试设备之间通信，安装测试夹具，以及准备好所有必需的测试设备，确定和编写一个控制程序，以管理和执行测试过程。
 

　　事实上，这种处理过程几乎同设计压力传感器产品一样困难。同时，测试条件通常是围绕着某种特定的压力传感器而设计的，这就意味着无法借用其它相同的测试条件。