以HY14E10實現數位壓力量測模組設計

　　1. 簡介

　　本文利用HY14E數位感測器開發平臺，在Strain Gauge壓力計應用上，提供使用者內建環境溫度感測值，以及Strain Gauge測量值原始碼輸出功能。并開放給使用者儲存校正參數于EEPROM中，以及使用者可以更改該應用輸出率(ODR)與ADC解析度(OSR)使用。

　　2. 原理說明

　　Strain Gauge測量原理簡介

　　當受到壓力變形時，將導致Strain Gauge的電阻產生ΔR的變化量，如下圖說明。

　　ΔR的變化量產生在訊號兩端的電壓變化為：V+ - V- = ?R/R x (Vin+ - Vin-)

　　因此利用此電壓變化的物理量經過ADC轉換為數位訊號輸出。因為ΔR的變化量遠小于R，可知此電壓變化大致為mV等級的電壓訊號，當要做一個高精度的壓力計時，處理的訊號將接近于1uV，一般使用在壓力計的內組大約5KΩ，SPAN約35mV在2.8V驅動電壓5.8 PSI滿載規格下。因此如果VIN+-VIN-的電壓為2.8V，輸出訊號V+ - V-的電壓也只有35mV;如果要以5.8 PSI(=39.99 kpa=300.5 mm.Hg)的壓力計而言，需要解析到1 Pa RMS Noise等效解析電壓約0.88uV RMS Noise，而需要解析到1 mm.Hg RMS Noise等效解析電壓約0.12mV RMS Noise。因此以本方案ADC解析度可以調整為OSR=16384，可以達ENOB=19.1bits, Input RMS Noise=0.76uV規格，以符合0.88uV RMS Noise/Pa解析度需求。

　　2.1. 控制晶片

　　下圖為HY14E晶片方塊圖,具有以下特性描述:

　　? 可用于整合式壓阻壓力傳感器

　　? 內建20位元高精度∑△ADC，用于電壓和溫度測量，同時支援兩組差動類比多工輸入

　　? 內建一個PGA輸入信號放大，可以放大訊號x2~x8

　　? 寬工作電壓范圍: 2.0V ~ 5.5V

　　? 內建2K words EEPROM，支援10萬次燒錄次數

　　? 內建128 bytes SRAM

　　? 支援16bit x 16bit硬體乘法器

　　? I2C從機通訊界面

　　? 4個通用I/O埠(PT0/PT1 支援輸入中斷功能)

　　? 支援8-bit Timer A以及16-bit Timer B and PWM

　　? 2 線式JTAG開發介面(與I2C共用)

　　? 可程式感測器驅動電壓(Vrefp管腳輸出)

　　? 僅需VDD外部電容是必需的

　　? 內建VDDA穩壓源，當啟動時，須在外接電容穩壓，如果不使用時，則VDDA管腳必須連接到VDD。

　　3. 設計規劃

　　3.1. 硬體說明

　　▲ 內建溫度感測器之數位壓力計應用線路

　　Note:

　　? 電源輸入端僅需連接一顆外部電容,建議容值>=1uF.

　　? 壓力傳感器(Strain Gauge)阻抗,建議阻值>=5KΩ

　　? I2C通訊引腳為Open-Drain輸出架構,需要外接上拉電阻.

　　? 預設Vrefp穩壓輸出為2.7V驅動, 因此VDD=VDDA電壓需調整在3V以上(<=5.5V)工作.

　　? AI0-AI1輸入通道需外接傳感器應用, 而Sensor輸出差動電壓最大值需小于0.15V

　　3.2. 程式流程說明

　　若需要本方案詳細程式設計，請洽紘康科技。

　　程式流程示意圖

　　4. 參考文獻

　　? HYCON HY14E10 Datasheet, DS-HY14E10_TC

　　? HYCON HY14E10 User Guide, UG-HY14E10_TC