使用MAX11254模数转换器进行精密压力传感器测量

本应用笔记讨论了MAX11254在压力传感器应用中的卓越性能，这要归功于其吸引人的特性，包括多个差分输入通道、低噪声、高内部可编程增益放大器和低功耗。

介绍

压力传感器测量施加在单位区域（例如气体、液体或床垫等特定平台上的力体）的力。压力传感器充当传感器，并产生与其所承受的力相对应的电压电信号。该输出电压通常在毫伏范围内非常低。为了捕获这种低压信号，必须使用非常灵敏和精确的器件，如MAX11254模数转换器（ADC）。

MAX11254 ADC基本特性

MAX11254为6通道、24位Δ-Σ型ADC，性能出色，工作模式下仅消耗2.2mA电流，休眠模式下功耗仅为1μA。高达 64ksps 的采样率可实现精确的直流测量。此外，内部可编程增益差分放大器 （PGA） 噪声仅为 6.2nV/√Hz，可编程范围为 1 至 128，这使其成为测量输出电压信号极低的压力传感器的理想器件。

MAX11254的输入参考噪声在50sps （0.81μVRMS）的低采样速率下比在12.8ksps （10.8μVRMS）的高采样速率下至少低13倍。表1给出了MAX11254数据资料中MAX11254在单周期转换模式下的噪声数据。

在表1中，LP为低功耗模式，LN为低噪声模式。在LP模式下，该器件的功耗比低噪声模式下低约1mA。然而，在LN模式下，该器件针对低噪声性能进行了优化，其折合到输入端的噪声电压通常比低功耗模式下低40%。

根据表1中的噪声数据，采样速率越低，折合到输入端的噪声越低，这意味着信噪比（SNR）和信噪比加失真（SINAD）值越高。因此，根据以下等式，在低采样率下，有效位数（ENOB）更高：

评估了MAX11254的动态性能。图1至图4显示了采样率高达64ksps的单周期和连续模式的ENOB值。

图1.MAX11254 ENOB值在单周期转换模式下为直接增益范围为1至128，采样速率高达1ksps。

图2.MAX11254 ENOB值在单周期转换模式下为直接增益范围为1至128，采样速率高达12.8ksps。

图3.MAX11254 ENOB在连续模式下的直接增益范围为1至128，采样速率高达1ksps。

图 4.MAX11254 ENOB值在连续模式下直接和增益范围为1至128，采样速率高达64ksps。

如图1至图4所示的测量数据证实，在最低采样速率下，22.5位的ENOB最高。基于这些测量数据，为了更准确地捕获压力传感器的低输出电压，最好以较低的采样率进行。原因是噪声相对于频率主要是平坦的。因此，由于带宽较窄，降低采样率会成比例地降低噪声。因此，ENOB在较低的采样率下更高。此外，由于PGA的噪声低于ADC调制器的噪声，因此使用PGA通常比旁路或直接模式产生更高的ENOB。

图5所示为MAX11254 ADC，MPXV10GC6U配置为压力传感器，用于测量传感器的输出电压，对应于施加的输入压力。

图5.MAX11254 ADC压力传感器连接。

在 0 PSI 时，压力传感器的输出电压在精密电压计（如安捷伦 34401A）上指示 19.998mV。MAX11254测得的电压为20.034mV。当压力增加到1.35 PSI时，MAX11254从传感器捕获的相应输出电压为53.103mV。图6和图7分别给出了MAX11254EVKIT软件上测得的电压与压力的关系以及捕获的数据。

图6.压力传感器的传递函数。

图7.MAX11254输出电压为0 PSI。

图8.MAX11254测量MPXV10CC6U传感器的输出电压精度与压力的关系。

结论

压力传感器通常提供非常低的输出电压（以毫伏为单位），这就需要具有宽动态增益范围的低噪声和高精度ADC来精确测量电压。MAX11254 ADC具有极低的密度噪声，仅为6.2nV/√Hz PGA，增益范围为1倍至128倍，因此设计满足所有这些严格要求。该内部PGA还提供输入信号隔离。因此，无需其他外部放大器即可实现出色的性能。此外，MAX11254内置时序控制器和6路差分输入，支持扫描选定的interwetten与威廉的赔率体系 通道、可编程转换延迟和数学运算。这使其成为自动压力传感器监测的理想设备。

审核编辑：郭婷