壓力傳感器信號調節器PGA900設計思路

德州儀器(TI)日前推出了業內最高分辨率壓力傳感器信號調節器PGA900，該款產品提供一個可編程內核，可在很多壓力性橋式傳感應用中實現靈活線性化和溫度補償，實現了對壓力、應力、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，傳感器信號調節器的主要目的是將前端非線性信號經過處理變為線性輸出，線性度的好壞直接決定了精度的高低，它涉及內部ADC量化精度、用于非線性到線性的處理器內核和輸出接口(0-5V還是工業類通用的4mA-20mA)等多個因素。此外，集成性對芯片也提出了很高的要求。

PGA900不但集成了2個用于高分辨率信號采集的低噪聲24位ADC，最大可達到10ppm/℃的低漂移電壓基準可在-40℃至150℃工作溫度范圍內的實現高精度感測。還集成了一個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、串行外設接口(SPI)、I2C、通用異步收發器(UART)和單線制接口(OWI)，可為設計人員提供可以針對不同應用需求的選項。

此外，PGA900內置的ARMCortex-M0內核使開發人員能夠用專有溫度與非線性補償算法設計產品，單線制接口可以在不使用其它線路的情況下，通過電源引腳實現通信、配置和校準，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設計思路

之所以在PGA900內部集成兩個24位ADC，TI半導體事業部中國區模擬業務拓展經理朱文斌解釋稱，一個通道用來采集橋式應變片的非線性壓力信號，另外一個則是用來做溫度的采集。“溫度對于壓力傳感器其實很重要。”他說，曾經有客戶做了一些成本較低的壓力傳感器芯片，由于沒有采用溫補措施，使得系統油壓溫度一度達到了150℃，遠遠超過60℃的正常溫度，導致關鍵系統失效。

而對于選擇Cortex-M0MCU，TI半導體事業部中國區業務拓展總監吳健鴻認為，這是“TI在認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做一個簡單的運算就直接進行輸出，M0這種有一點實時控制功能的內核就足夠了，如果用M4就有點“大材小用”的感覺;其次，有些客戶會有自己的軟件IP和算法，采用M0內核，會方便他們在做非線性處理時寫進自己的一階、兩階甚至五階代碼，從而開發出來非常好的從非線性到線性校正的產品。

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

壓力測量是PGA900最大的應用市場，但其實只要前端傳感器是橋式應變計(惠斯通電橋)，就都可以用PGA900來處理，包括加速度計、濕度傳感器等。“未來幾年，工業對傳感器的需求會越來越高，在生產或機械手臂里會有幾十或幾百個傳感器。傳感器的數據可能需要遠程傳輸。因此，整合MCU可以更方便地收集數據并傳輸到控制MCU，如C2000。所以，在這個行業，工業自動化特別看好整合的產品。”吳健鴻說。

PGA900評估模塊