如何应对传感器信号调节所面临的挑战？

1865 传感器信号调节

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 所有类型的传感器在过去几年中都有了很大发展，而且与之前的产品相比，更加精确也更稳定。有的时候，这些传感器使用起来并不简单。面向这些传感器的调节电路设计师，经常发现此类电路的开发多少有些令人头疼。然而，只需少量基础知识并使用新的在线传感器设计工具，这个过程面临的很多挑战都能够迎刃而解。 1
2019-10-17 06:27:05　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × hwp0415229 该类别下有 6 个回答。邀请回答 h1654155957.9866 该类别下有 5 个回答。邀请回答嘻嘻爱哈哈该类别下有 5 个回答。邀请回答新晴细履平沙该类别下有 5 个回答。邀请回答梦中的花不凋零该类别下有 5 个回答。邀请回答 Greatwayer 该类别下有 5 个回答。邀请回答 chrisjohn 该类别下有 4 个回答。邀请回答 yisen282 该类别下有 4 个回答。邀请回答 qwe044 该类别下有 4 个回答。邀请回答 derek88 该类别下有 4 个回答。邀请回答 kdyangcheng 该类别下有 4 个回答。邀请回答地方絮叨该类别下有 4 个回答。邀请回答海蜇pi 该类别下有 4 个回答。邀请回答黄明康01 该类别下有 4 个回答。邀请回答 60user65 该类别下有 4 个回答。邀请回答 khsahdwu 该类别下有 4 个回答。邀请回答 wo4456 该类别下有 4 个回答。邀请回答梓沐凡晨该类别下有 4 个回答。邀请回答 60user34 该类别下有 4 个回答。邀请回答 tutu12 该类别下有 4 个回答。邀请回答举报李宛蔓相关推荐 • 基于能量采集威廉希尔官方网站的BLE传感器节点设计面临哪些挑战？ 1727 • MEMS传感器面临哪些挑战呢？如何去解决？ 1838 • 传感器信号调节器中抗混淆滤波器的工作情况 1586 • 如何利用信号调节器的抗混淆滤波器来实现混合信号多模态传感器调节 2362 • 机器开发人员面临哪些软件挑战以及硬件挑战？如何去应对这些挑战？ 1964 • 电桥压力传感器的输出怎么转换？ 2121 • 抗混淆滤波器怎么实现混合信号和多模态传感器调节？ 2263 • 测试高速串行总线面临哪些挑战？如何应对这些测试挑战？ 1513 • 调试速度高达几个Gb每秒的连接时所面临的挑战 890 • 精确测量阻抗所面临的挑战有哪些 1729 2个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 虽然现在市面上有多种传感器，但压力传感器最为常见。因此，本文将讨论基于惠斯顿电桥压力传感器的基本工作原理，以及用于转换这种桥传感器输出的处理电路，包括偏移和增益校准。基于惠斯顿电桥的压力传感器许多压力传感器使用微机电系统(MEMS)威廉希尔官方网站，它们由4个采用惠斯顿电桥结构连接的压敏电阻组成。当这些传感器上没有压力时，桥中的所有电阻值都是相等的。当有外力施加于电桥时，两个相向电阻的阻值将增加，而另两个电阻的阻值将减小，而且增加和减小的阻值彼此相等。遗憾的是，事情并非如此简单，因为传感器存在偏移和增益误差。偏移误差是指没有压力施加于传感器时存在输出；增益误差指传感器输出相对于施加于传感器外力的敏感程度。典型传感器一般规定激励电压为5V，具有20mV/V的标称满刻度输出。这意味着在激励电压为5V时，标称满刻度输出为：20 mV/V × 5 V = 100 mV. 偏移电压可能是2mV，或满刻度的2%；最小和最大满刻度输出电压可能是50mV和150mV，或标称满刻度的±50%。假设两个电阻串联形成电阻串，由于是等值电阻，因此两电阻间的节点电压是电阻串电压的一半。如果一个电阻值增加1%，另一个电阻减小1%，那么两个电阻节点处的电压将改变1%。如果将两个电阻串进行并联，如图1所示，左边下方的电阻和右边上方的电阻阻值均减小1%，另外两个电阻增加1%，那么两个“中”点间的电压将从零差值变为改变2%。两个并行分支的这种配置就被称为惠斯顿桥。图1：受激励电压VEX和差分输出电压V驱动的惠斯顿桥。如果不了解偏移以及传感器输出电压和压力之间的真实关系，我们就只能粗略估计施加于传感器上的压力大小。这意味着需要采样校准的方法来获得更好的精度。幸运的是，给定传感器的偏移和满刻度误差随时间变化相当稳定，因此一旦传感器得到校准，在该传感器生命期内可能无需改变校准系数就能满足精度要求。当然，在每次上电时通常需要再次校准系统。基本信号调节电路由一个仪表放大器和一个模数转换器(ADC)组成。仪表放大器将来自传感器的小输出电压放大到适合ADC的电平，然后由ADC将放大后的传感器输出电压转换为数字式，再交给控制器或DSP处理(图2)。仪表放大器可以用来避免桥过载，而这种过载会改变传感器输出电压值。图2：基本压力传感器调节电路。传感器的满刻度输出即最大输入，能够在放大器输入端看到。当传感器输出处于满刻度时，ADC输入应该接近其满刻度值，这个值通常就是ADC的参考电压VREF。放大器要求的增益大小为：其中VREF代表ADC的参考电压，“Sensor FS”是传感器的满刻度输出值。假设电阻完美匹配，那么仪表放大器的增益等于：

2019-10-18 15:16:30 评论举报李海必

答案对人有帮助，有参考价值 0 需要解决的挑战如前所述，关于传感器有两大挑战需要解决：首先是传感器具有输出偏移，这个偏移可以在图2中的VOFF点加合适的电压进行调整，或者在传感器输出被数字化后用软件消除。如果用软件处理，那么VOFF就变成0伏。用软件消除偏移的问题在于，限制了可测量的传感器范围。如果偏移是正的，将限制可以测量的最大传感器输出，因为放大的传感器输出可能比期望的更早达到ADC满刻度值。如果偏移是负的，将无法精确测量很小的传感器输出电平，因为在超过放大的偏移值之前，ADC输出代码不会高过零值。第二个挑战是可能针对传感器满刻度输出的输出电压值范围。例如，标称满刻度输出电压为100mV的传感器可能有这样一个指标，它表明了这种满刻度输出低至50mV和高至150mV的可能性。如果满刻度传感器输出低于标称值，ADC的满刻度范围就不会使用。如果满刻度传感器输出超过标称值，ADC输出将在传感器输出达到其满刻度之前先达到ADC满刻度输出值。此外，如果传感器输出或放大器本身有漂移，那么在读数时将存在某种不确定性和不精确性。幸运的是，目前的传感器即使有时间漂移也非常小，仔细选择放大器可以使放大器漂移最小。因此，在制造期间和/或系统上电时，电路增益可以一次调整到位。达到这个目的的方法之一是使用数模转换器(DAC)调整ADC参考电压VREF，以补偿传感器的满刻度误差，使用另一个DAC调整图2中的VOFF以补偿偏移误差。双通道DAC，如国半的DAXxx2S085（其中“xx”可以是08、10或12，代表DAC分辨率），将是这种应用的理想之选。另外一种方法，是在传感器输出被数字化后，用软件校准这些误差。解决这两个挑战的最佳方案，是在制造过程和系统启动时的软件校准过程中，调整偏移和增益误差。这种方法允许用软件实现最小误差校准，并保持ADC的最大可用动态范围。第三个问题是，单端ADC通常要求其输入可以被驱动到非常接近零伏，以产生零输出代码。问题产生的原因是，用于驱动ADC输入的放大器不能产生低于50mV左右的输出。即使所所用的放大器具有轨到轨输出能力，这种现象也很常见。虽然对某些应用来说，电路无法提供最小的ADC零输出代码没什么关系，但对其它应用来说这却是个问题。对于后者，解决方案包括： * 给驱动单端输入ADC的放大器提供负电源。 * 使用既带正参考电压又带负参考电压的单端ADC，这些参考电压可以设为比器件地高的值，并相应抵消ADC输入电压。 * 将ADC的地偏置到约100mV。 * 偏移ADC输入，丢弃ADC输出端的一些代码，用软件进行调整 * 使用差分输入ADC。驱动ADC的放大器使用负电源有个缺点，即系统中可能没有负电源，而单为这个放大器提供一个负电源又似乎不太可行。对此，国半公司的开关电容电压反向器LM2787提供了一种简单的解决方案。所有ADC都有一个正参考电压和一个负参考电压。这两个参考电压之间的差值就是所谓的ADC“参考电压”。负参考和正参考电压分别定义了输入最小和最大电压。遗憾的是，目前许多ADC内部将负参考电压定义为器件地，这是为了将ADC集成在具有更少外部引脚的更小封装中而作出的牺牲。提高ADC的地电平通常不是件容易的事。另外，将它偏置得太高可能会出现输出接口问题，因为器件的逻辑低电平将比地偏置值高出一些。然而，这样做与将ADC负参考电压定义为低值(也许70mV至100mV)具有相同的效果。增加ADC偏移并对ADC满刻度输入值作合适调整是一种可行的方法，但会降低ADC使用的动态范围。这样做相当于提供图2所示的正VOFF，减少放大器增益，以便ADC输入不超过ADC参考电压，并对ADC输出代码进行软件调整。使用差分输入ADC是一种最好的方法，它能获得ADC零输出代码，在ADC输入端的整个输入电压范围内保持良好的电路线性，并且无需在系统中使用负电压。在这种方法中，差分放大器的输出反馈到ADC的差分输入端，无需差分到单端放大器电路。因此这是一种既简单又不失高效的完美解决方案。(国家半导体公司)

2019-10-18 15:16:34 评论举报崔琳