压力传感器信号调理器及其校准系统

信号调理器常常被放置在压力传感器中，以补偿传感器在不同温度下的误差。现在，市场上能够买到低成本的信号调理器，它们可以**地放大压力传感器信号、补偿传感器的温度误差，并且能够直接控制校准过程。可惜的是，随着信号调理器变得越来越完善，开发能够批量测试和校准这些器件的软硬件需要花费大量的时间，拖延了产品的上市时间。
　　本文介绍的校准系统能够让制造商在完成设计后的很短时间内生产出中等批量的、经过测试和校准的压力传感器和信号调理器组件。
传感器信号调理器
·灵活的温度补偿——有些信号调理器允许设计工程师在多达100个温度补偿点校准传感器输出，使工程师能够按照误差与压力传感器温度曲线之间的关系进行匹配，从而减小温度对传感器的影响。可修正的误差包括整个温度范围内的零点和满量程增益误差。温度传感器用来跟踪压力传感器的环境温度。
·电流或电压输出，以适应多种工业标准的幅度范围——汽车工业要求信号调理器提供0.5V~4.5V输出，工业和过程控制应用通常要求4mA~20mA输出，而测试设备输出要求0~5V的输出范围。通过采用多电压量程或电流输出的信号调理器，设计人员无须为每个应用设计一个电路板。
·全模拟信号通道，无须信号数字化——保持压力传感器输出的模拟信号可避免由于数字化传感器输出而带来的任何量化噪声。
·更宽的电流或电压输入范围，使信号调理器兼容于更多的传感器。
·低功耗——手持和便携式设备通常要求低功耗器件，而这里介绍的信号调理器仅消耗2mA的电流。
图1是目前信号调理器所采用的结构简图。图中，来自压阻传感器的信号(或其它类型的传感器)先经过放大，再采用存储于EEPROM中的预置数据进行修正。
　　通常，如果产品结合专用器件的软件，提供一个友好的用户PC界面去控制信号调理器，将节省大量的时间。Maxim公司的MAX1452评估套件就包含了这样的软件，能够通过串口与PC连接。
提取器件特征和测试器件的步骤
步骤1 工程师在确定补偿系数之前，必须先提取压力传感器(通常为压阻式)在整个温度范围内的特征参数，计算出合适的修正点，以产生期望的输出。采用多少点修正取决于压力传感器的线性度和用户期望的精度，将特征数据转换成期望输出的点即为数据补偿点。
步骤2 必须开发一个软件，以便用户能够实现PC与多个信号调理器的通信，使用户能够将**步计算出的补偿数据存入多个信号调理器的EEPROM中。
步骤3 在准备好烘箱、压力源、电源等设备后，还需要开发一个实现设备的自动控制和数据采集的程序。许多电源、示波器以及其它测试设备都具有现成的程序代码，允许用户与这些指定设备通信。
步骤4 建立一个测试夹具，以允许多个测试器件(DUT)连接至PC和测试设备。这样就能够同时测试多个器件。通常，安排一组复用板来完成此项任务。
步骤5 工程师在确定修正系数之后，还需保证器件和测试设备之间通信，安装测试夹具，以及准备好所有必需的测试设备，确定和编写一个控制程序，以管理和执行测试过程。
　　事实上，这种处理过程几乎同设计压力传感器产品一样困难。同时，测试条件通常是围绕着某种特定的压力传感器而设计的，这就意味着无法借用其它相同的测试条件。
缩短产品上市时间
　　从市场的发展状况看,产品的上市时间每延迟六个月，将失去总预期销量的一半。设计人员所面临的挑战是巧妙缩短产品的上市时间，同时，由于采用先进的信号调理器还可获得一定的成本节余。
　　除了能够提供测试设备外，先进的校准系统还使设计者从上述种种设计压力下解脱出来。这些系统具备软件和接口能力，可适应现有设备。采用LabVIEW或C语言编写的源代码，校准系统能够发出命令至温控烘箱、经过校准的压力源、供电电源以及数字万用表等设备。这些系统能够同时对100个器件进行特征数据的测量，并计算修正系数。工程师仅需要提供测试设备即可建立一个完整的特征/校准自动测试设备。由于系统能够同时对100个器件进行校准，公司在大规模生产条件建立之前就能够生产出成千上万个经过校准的压力传感器，将产品面世时间缩短6个月以上。
　　图2阐述了测试条件中校准系统(MAX145x)的作用。MAX145x校准系统经过工厂调整后能够提供特定的应用和传感器校准，同时还给用户留出空间，以进一步制定测试过程。
结语
　　信号调理器校准系统使生产厂商在原理样机完成后，能够轻松而快捷地满足小订单的要求。通过简化信号调理器的设计和测试过程，显著地缩短了产品的上市时间。因此，在传感器领域中，校准系统和高集成度的信号调理器已经成为不可缺少的工具。