德州儀器(TI)日前推出了業(yè)內(nèi)最高分辨率壓力傳感器信號調(diào)節(jié)器PGA900，該款產(chǎn)品提供一個(gè)可編程內(nèi)核，可在很多壓力性橋式傳感應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)靈活線性化和溫度補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了對壓力、應(yīng)力、流量以及液體水平面等條件的快速精確的24位測量。

怎樣才算一顆好的壓力傳感器

眾所周知，傳感器信號調(diào)節(jié)器的主要目的是將前端非線性信號經(jīng)過處理變?yōu)榫€性輸出，線性度的好壞直接決定了精度的高低，它涉及內(nèi)部ADC量化精度、用于非線性到線性的處理器內(nèi)核和輸出接口(0-5V還是工業(yè)類通用的4mA-20mA)等多個(gè)因素。此外，集成性對芯片也提出了很高的要求。

PGA900不但集成了2個(gè)用于高分辨率信號采集的低噪聲24位ADC，最大可達(dá)到10ppm/℃的低漂移電壓基準(zhǔn)可在-40℃至150℃工作溫度范圍內(nèi)的實(shí)現(xiàn)高精度感測。還集成了一個(gè)可用來提供高線性模擬輸出的14位DAC以及多種輸出接口，包括模擬電壓、4-20mA電流回路、串行外設(shè)接口(SPI)、I2C、通用異步收發(fā)器(UART)和單線制接口(OWI)，可為設(shè)計(jì)人員提供可以針對不同應(yīng)用需求的選項(xiàng)。

此外，PGA900內(nèi)置的ARMCortex-M0內(nèi)核使開發(fā)人員能夠用專有溫度與非線性補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)產(chǎn)品，單線制接口可以在不使用其它線路的情況下，通過電源引腳實(shí)現(xiàn)通信、配置和校準(zhǔn)，而集成的電源管理電路還可滿足3.3V至30V之間的外部電源電壓輸入需求。

解讀PGA900設(shè)計(jì)思路

之所以在PGA900內(nèi)部集成兩個(gè)24位ADC，TI半導(dǎo)體事業(yè)部中國區(qū)模擬業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理朱文斌解釋稱，一個(gè)通道用來采集橋式應(yīng)變片的非線性壓力信號，另外一個(gè)則是用來做溫度的采集。“溫度對于壓力傳感器其實(shí)很重要。”他說，曾經(jīng)有客戶做了一些成本較低的壓力傳感器芯片，由于沒有采用溫補(bǔ)措施，使得系統(tǒng)油壓溫度一度達(dá)到了150℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過60℃的正常溫度，導(dǎo)致關(guān)鍵系統(tǒng)失效。

而對于選擇Cortex-M0MCU，TI半導(dǎo)體事業(yè)部中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)吳健鴻認(rèn)為，這是“TI在認(rèn)真傾聽了客戶反饋后做出的正確選擇。”首先，PGA900只是把24位ADC做一個(gè)簡單的運(yùn)算就直接進(jìn)行輸出，M0這種有一點(diǎn)實(shí)時(shí)控制功能的內(nèi)核就足夠了，如果用M4就有點(diǎn)“大材小用”的感覺;其次，有些客戶會(huì)有自己的軟件IP和算法，采用M0內(nèi)核，會(huì)方便他們在做非線性處理時(shí)寫進(jìn)自己的一階、兩階甚至五階代碼，從而開發(fā)出來非常好的從非線性到線性校正的產(chǎn)品。

TI在定義怎樣做好評估套件方面也頗費(fèi)了一番工夫，重大改進(jìn)包括支持30V電壓和4mA-20mA電流、多種輸入接口等。朱文斌表示，“這些改進(jìn)對于工業(yè)客戶而言非常重要。”由于硅應(yīng)變片、陶器應(yīng)變片、合金應(yīng)變片基本都是通過腐蝕、高溫工藝加工出來的，一致性不會(huì)特別好，某些國內(nèi)傳感器廠商的產(chǎn)品要保證做到每個(gè)電阻橋的誤差不超過5%都很難。這是因?yàn)榈统杀緫?yīng)變片每個(gè)電阻橋的初始誤差和溫漂差異很大，好的應(yīng)變片成本又很高，但如果使用前端高精度ADC加M0內(nèi)核去做補(bǔ)償，用戶對于前端傳感器的選擇范圍就會(huì)更寬，甚至可以是一些低成本、廉價(jià)的傳感器。

壓力測量是PGA900最大的應(yīng)用市場，但其實(shí)只要前端傳感器是橋式應(yīng)變計(jì)(惠斯通電橋)，就都可以用PGA900來處理，包括加速度計(jì)、濕度傳感器等。“未來幾年，工業(yè)對傳感器的需求會(huì)越來越高，在生產(chǎn)或機(jī)械手臂里會(huì)有幾十或幾百個(gè)傳感器。傳感器的數(shù)據(jù)可能需要遠(yuǎn)程傳輸。因此，整合MCU可以更方便地收集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)娇刂芃CU，如C2000。所以，在這個(gè)行業(yè)，工業(yè)自動(dòng)化特別看好整合的產(chǎn)品。”吳健鴻說。

PGA900評估模塊