壓力傳感器信號調理器及其校準系統(tǒng)

概述
　　信號調理器常常被放置在壓力傳感器中，以補償傳感器在不同溫度下的誤差。現(xiàn)在，市場上能夠買到低成本的信號調理器，它們可以地放大壓力傳感器信號、補償傳感器的溫度誤差，并且能夠直接控制校準過程。可惜的是，隨著信號調理器變得越來越完善，開發(fā)能夠批量測試和校準這些器件的軟硬件需要花費大量的時間，拖延了產品的上市時間。
　　本文介紹的校準系統(tǒng)能夠讓制造商在完成設計后的很短時間內生產出中等批量的、經(jīng)過測試和校準的壓力傳感器和信號調理器組件。 
傳感器信號調理器
·靈活的溫度補償——有些信號調理器允許設計工程師在多達100個溫度補償點校準傳感器輸出，使工程師能夠按照誤差與壓力傳感器溫度曲線之間的關系進行匹配，從而減小溫度對傳感器的影響。可修正的誤差包括整個溫度范圍內的零點和滿量程增益誤差。溫度傳感器用來跟蹤壓力傳感器的環(huán)境溫度。
·電流或電壓輸出，以適應多種工業(yè)標準的幅度范圍——汽車工業(yè)要求信號調理器提供0.5V~4.5V輸出，工業(yè)和過程控制應用通常要求4mA~20mA輸出，而測試設備輸出要求0~5V的輸出范圍。通過采用多電壓量程或電流輸出的信號調理器，設計人員無須為每個應用設計一個電路板。
·全模擬信號通道，無須信號數(shù)字化——保持壓力傳感器輸出的模擬信號可避免由于數(shù)字化傳感器輸出而帶來的任何量化噪聲。
·更寬的電流或電壓輸入范圍，使信號調理器兼容于更多的傳感器。
·低功耗——手持和便攜式設備通常要求低功耗器件，而這里介紹的信號調理器僅消耗2mA的電流。
圖1是目前信號調理器所采用的結構簡圖。圖中，來自壓阻傳感器的信號（或其它類型的傳感器）先經(jīng)過放大，再采用存儲于EEPROM中的預置數(shù)據(jù)進行修正。
　　通常，如果產品結合器件的軟件，提供一個友好的用戶PC界面去控制信號調理器，將節(jié)省大量的時間。Maxim公司的MAX1452 評估套件就包含了這樣的軟件，能夠通過串口與PC連接。 
提取器件特征和測試器件的步驟
步驟1  工程師在確定補償系數(shù)之前，必須先提取壓力傳感器（通常為壓阻式）在整個溫度范圍內的特征參數(shù)，計算出合適的修正點，以產生期望的輸出。采用多少點修正取決于壓力傳感器的線性度和用戶期望的精度，將特征數(shù)據(jù)轉換成期望輸出的點即為數(shù)據(jù)補償點。
步驟2  必須開發(fā)一個軟件，以便用戶能夠實現(xiàn)PC與多個信號調理器的通信，使用戶能夠將*步計算出的補償數(shù)據(jù)存入多個信號調理器的EEPROM中。
步驟3  在準備好烘箱、壓力源、電源等設備后，還需要開發(fā)一個實現(xiàn)設備的自動控制和數(shù)據(jù)采集的程序。許多電源、示波器以及其它測試設備都具有現(xiàn)成的程序代碼，允許用戶與這些設備通信。
步驟4  建立一個測試夾具，以允許多個測試器件（DUT）連接至PC和測試設備。這樣就能夠同時測試多個器件。通常，安排一組復用板來完成此項任務。
步驟5  工程師在確定修正系數(shù)之后，還需保證器件和測試設備之間通信，安裝測試夾具，以及準備好所有必需的測試設備，確定和編寫一個控制程序，以管理和執(zhí)行測試過程。
　　事實上，這種處理過程幾乎同設計壓力傳感器產品一樣困難。同時，測試條件通常是圍繞著某種特定的壓力傳感器而設計的，這就意味著無法借用其它相同的測試條件。 
縮短產品上市時間
　　從市場的發(fā)展狀況看,產品的上市時間每延遲六個月，將失去總預期銷量的一半。設計人員所面臨的挑戰(zhàn)是巧妙縮短產品的上市時間，同時，由于采用*的信號調理器還可獲得一定的成本節(jié)余。
　　除了能夠提供測試設備外，*的校準系統(tǒng)還使設計者從上述種種設計壓力下解脫出來。這些系統(tǒng)具備軟件和接口能力，可適應現(xiàn)有設備。采用LabVIEW或C語言編寫的源代碼，校準系統(tǒng)能夠發(fā)出命令至溫控烘箱、經(jīng)過校準的壓力源、供電電源以及數(shù)字萬用表等設備。這些系統(tǒng)能夠同時對100個器件進行特征數(shù)據(jù)的測量，并計算修正系數(shù)。工程師僅需要提供測試設備即可建立一個完整的特征/校準自動測試設備。由于系統(tǒng)能夠同時對100個器件進行校準，公司在大規(guī)模生產條件建立之前就能夠生產出成千上萬個經(jīng)過校準的壓力傳感器，將產品面世時間縮短6個月以上。
　　圖2闡述了測試條件中校準系統(tǒng)（MAX145x）的作用。MAX145x校準系統(tǒng)經(jīng)過工廠調整后能夠提供特定的應用和傳感器校準，同時還給用戶留出空間，以進一步制定測試過程。 
結　語 
　　信號調理器校準系統(tǒng)使生產廠商在原理樣機完成后，能夠輕松而快捷地滿足小訂單的要求。通過簡化信號調理器的設計和測試過程，顯著地縮短了產品的上市時間。因此，在傳感器領域中，校準系統(tǒng)和高集成度的信號調理器已經(jīng)成為*的工具。