薄膜压力传感器微小信号的电路调理设计

发布时间：2016-8-15 发布人：泽天传感点击：

1、设计目的

针对微压薄膜压力传感器，设计一传感器用微小信号调理电路，将传感器四臂差动全桥输出的微弱信号进行滤波、放大、补偿、校准等处理。将微小的压力信号转换为标准的电信号。

2、电路性能指标要求

（1）差分电压输入范围：小于0.2mV/V；

（2）调理电压输出范围：0～5V.DC；

（3）工作温度范围：-55℃～+125℃；

（4）零点温漂：0.03%/℃；

（5）非线性：0.1%/FS。

3、设计难点

信号源幅度小于0.2mV/V。由于微压传感器感受的压力形变小，导致电桥电阻的变化相对于大量程压力传感器要小得多，这样电桥在激励源的作用下，输出的差分电压也很小。微小的电压信号容易受到噪声的干扰，也容易受到放大器本身的温漂、失调电压的影响，同时不利于数字处理电路进行处理。

传感器的零点偏移补偿要求。四臂全桥的桥阻虽然在设计时充分考虑了其对称性，但在生产过程中总会引入偏差，压力传感器输出的电压信号一般都会有5mV到30mV不等的零点偏移。为了保证压力和标准信号输出的关系，必须补偿零点偏移量。

传感器的非线性补偿要求。受到弹性元件的影响，微小量程的压力传感器也不可免的存在非线性，要求信号调理电路要能够对传感器的非线性进行补偿，减小传感器的非线性偏差。

宽的工作温度范围（-55℃~125℃）。在如此宽的温度工作范围内，即使使用低温度系数的合金电阻，桥阻的阻值也会由于温度的变化而发生漂移。导致传感器的输出信号产生温度漂移。另外，半导体集成电路受温度影响也很明显，在放大信号的同时也引入了一定的温漂，因此必须进行温度补偿。

为减小电路的体积，尽量选用集成电路，但集成电路大部分工作温度范围为-40℃~85℃。能够-在55℃~125℃工作，体积小巧的信号放大处理芯片可选择较少。

4、解决方案

目前，能够在较宽的温度范围内工作且能够进行温度补偿的桥式传感器信号调理芯片有MAX1452。具备零点偏移补偿、非线性补偿功能，且1452工作范围只有-40℃~125℃。通过使用前置差分运放将传感器的输出电压进行放大，然后给MAX1452进行处理。这样MAX1452使用较小的放大倍数就可检测到输入信号，小的放大倍数可以减小噪声干扰。但是，增加电路加大了电路板的尺寸。差分放大电路不可避免的引入信号畸变。此电路可将非线性为1.5%的信号校准为0.1%，线性度可以提高15倍。

5、结论