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TI 感测技术方面的创新产品和设计(二) - 业内最高分辨率的压力传感器

四个传感器 第一个是压力 在应该是半年多之前 TI 很隆重地推出了一款 业内分辨率最高的 压力传感器的信号调节器 我们叫 PGA900 我相信如果知道这个市场 知道这些应用 以及甚至本身就是做压力传感器的 在座的朋友们应该知道 压力传感器的调节器是用来干嘛的 那现在压力传感器其实也分几类 有一种是全集成的 IC 形式的 MEMS 的 这种压力传感器可以用在消费类甚至汽车 它的主要目的是测量大气压 大气压空气压强 你在很多智能手表 甚至一些汽车气囊里面 都会看到这种压力传感器 它主要是来测量那个空气的 这种无害的这种液体的这样一个 那其实还有很多类传感器 是用不了这种 IC 的 因为传感器的一端 是要接触到具体的介质的 所以一旦碰到 像油、像有害的这种化学物质的液体 你要去测它的压强 比如说像工业的流量计 你需要去测压强的管道里流的都是石油 或者是各种有害的气体 它其实是用不了这种 IC 级别的 所以基本上都是用分立的 所谓的分立 就是前端有一个 sensor 我们这个 sensor 就不是芯片了 是那个叫桥式的 惠斯通电桥大家知道吧 四个桥臂 那基本上都这样 传感器有硅式的、有陶瓷式的 甚至有金属式的薄膜厚膜这种 那有了这种材料再结合后面的 这样一个信号调节器 这两个才是构成了一个真正的压力传感器 那为什么说后面的那个调节器是很重要的 或者说它做的好坏 直接决定了你这个产品的好坏呢 因为大家知道前面那个桥式的电感 一旦这个四个电阻桥式的等效电路出来之后 其实你每批次生产出来它的误差都很大 根据你加工工艺 它有电阻的误差 它有温漂的误差 各种非线性 那我这个调节芯片除了要把我这个 它的输出的差分电压精准地采集出来 还有一个很重要的作用就是 把我的非线性校准成那个线性的 所以大家可以从底下那两张图看到 原来我这桥是非线性的 那经过这个芯片之后我是一个线性输出 那其实这是这种压力传感器的 信号调节最大的一个功能了 那就像我刚才介绍一下 像这个应用场合会有很多压力应力 测量流体液差甚至测量位置、测量加速度 也有很多加速度的传感器 它前端的原理都是这种惠斯通电桥的 它也可以做 甚至温湿度 有些湿度传感器 它其实也是惠斯通电桥形式的 也是能做 像称重都是可以 有这种传感器发挥作用那个地方 那为什么是 TI 的 PGA900 而不是其他家呢 其实 TI 在 PGA900 之前 如果是一些老的工业客户 我相信大家可能会熟悉 PGA308、309 PGA308、309 是比较老的 TI 的芯片 是原来 Burr-Brown 公司 在 Burr-Brown 公司基础上研发出来的芯片 它是好多年前的产品了 那现在用得其实也是蛮广的 它在这个基础上 TI 做了很多的优化 因为那种芯片全是模拟式的这种 一种信号电路测量 然后现在 TI 选择了 里面集成了很高精度的 ADC 在里面 做了一个数字式 所以基本上现在就能做到 它是一个业内最快速和高精度的传感器 它里面有两颗 24 位的 ADC 在里面 一颗 ADC 是用来采样那个桥式的一个输出 惠斯通电桥输出 那另外一颗 ADC 是用来干嘛的 是用来采样那个温度值的 因为像这种的传感器都是需要做温度校准的 所以会有两路的 ADC 来做这个事情 那同时为了保证精度 它里面集成的那个电压基准 是最大值 10 个 PPM 的 这个是很不容易的 如果大家去市面上单独买这种 reference 的话 十个 PPM 的 reference 其实已经算不错了 那第二个很重要的是说 我们用户可以根据自己的应用的需求去编程 为什么呢 因为其实我是一个 MCU 我里面有 M0 的核在里面 所以你说它是个模拟器件也是个模拟器件 你说它是一个 MCU 其实也是一个 MCU 你可以说是模拟器件包围了一个 MCU 或者是说一个 MCU 集成了一堆模拟的器件 所以它里面有个 M0 的核在里面 那这个核就是给我们自己用户开发专用的 一个压力温度校准的这样一个算法来做的 那第三个很重要的是 它是一个单芯片的解决方案 所以一个压力传感器要什么 我有了前面的惠斯通电桥 那我后面要什么 我要 ADC 我要基准 我要一个内核 那我还要输出对吧 所以它里面集成了 SPI、I2C、UART 以及单线的 OWI 的输出接口 同时很重要 它里面还集成了 4~20mA 的 一个工业类的一个输出 所以这个基本上是一个 One stop SOC 一个芯片解决了压力传感器的所有的问题 所以我们做出来的东西就很小 就这么大 如果大家见过这种压力传感器的话 就这么大,很小的 就跟一个手指一样 就是一个压力传感器 所有金属包起来的 然后另外一端有螺丝 它插到各种系统里面 测油压等等就那么小 做出来的板就是什么就是单芯片 所以目前这个芯片确实是 业内分辨率最高 而且集成度最高的 同时满足电压输出和电流输出的这样一个芯片 底下的框图我就不详细给大家做介绍 手册什么都是在网上有 大家有兴趣的话可以研究一下 还是一个比较复杂的芯片 基本上你要把它当做一个 MCU 来用 包括开发环境 也是跟 TI 的 430 以及 C2000 一样的 用 CCS 的这种开发环境 那这是 PGA900 的评估板 这个如果你去申请 你就可能得到这样一个 PGA900 它里面提供 10~30V 的一个输入等等 包括前端的传感器 你看它把前端传感器的电桥都是直接输出的 你可以接到自己的各种类型的这种 惠斯通电桥的压力传感器上面 这是 PGA900 的相关的设计资料,很全 包括一些应用文档 PGA900 作为电容性负载 怎么去驱动这样一个驱动器 包括 PGA900 的开环回路阻抗计算等等 那在 4~20 mA 的应用中 怎么让 PGA900 发挥它的最大功效等等 一系列的文档全在官网上 我不知道在座的有多少 是需要到这种压力传感器的 那目前为止 如果真的是公司有这样的 一个工业流量计仪表 或者压力传感器的项目 PGA900 确实是一个选择 另外我们还有另外一款芯片 因为对很多中国客户来讲 其实 PGA900 还是有点 有点级别比较高 为什么呢 因为很多国内客户其实是没有自己算法 就以矫正各种算法写到 M0 里面的 所以我们还有另外一款芯片 当然成本也会比它低 同样的架构我们是把程序固化在里面了 一个多项式的矫正的程序固化在里面 那用户只要做的是说要一个压力传感器 生产出来之后 它在温箱里各种压力容器上做矫正的时候 把值写到电脑 然后回填 它算出来一个系数 给你回填进去就好了 所以这个产品其实在中国市场 其实应用还会反而会更大 因为大部分客户其实他是没有自己的算法的 TI 已经把一些校正的算法写到里面了 你所要做的是根据测试结果 把系数写进去而已 所以更大程度地方便了我们 压力传感器的一个研发 这个是给大家一个小的提示 因为我上面是没有的

四个传感器

第一个是压力

在应该是半年多之前

TI 很隆重地推出了一款

业内分辨率最高的

压力传感器的信号调节器

我们叫 PGA900

我相信如果知道这个市场

知道这些应用

以及甚至本身就是做压力传感器的

在座的朋友们应该知道

压力传感器的调节器是用来干嘛的

那现在压力传感器其实也分几类

有一种是全集成的 IC 形式的 MEMS 的

这种压力传感器可以用在消费类甚至汽车

它的主要目的是测量大气压

大气压空气压强

你在很多智能手表

甚至一些汽车气囊里面

都会看到这种压力传感器

它主要是来测量那个空气的

这种无害的这种液体的这样一个

那其实还有很多类传感器

是用不了这种 IC 的

因为传感器的一端

是要接触到具体的介质的

所以一旦碰到

像油、像有害的这种化学物质的液体

你要去测它的压强

比如说像工业的流量计

你需要去测压强的管道里流的都是石油

或者是各种有害的气体

它其实是用不了这种 IC 级别的

所以基本上都是用分立的

所谓的分立

就是前端有一个 sensor

我们这个 sensor 就不是芯片了

是那个叫桥式的

惠斯通电桥大家知道吧

四个桥臂

那基本上都这样

传感器有硅式的、有陶瓷式的

甚至有金属式的薄膜厚膜这种

那有了这种材料再结合后面的

这样一个信号调节器

这两个才是构成了一个真正的压力传感器

那为什么说后面的那个调节器是很重要的

或者说它做的好坏

直接决定了你这个产品的好坏呢

因为大家知道前面那个桥式的电感

一旦这个四个电阻桥式的等效电路出来之后

其实你每批次生产出来它的误差都很大

根据你加工工艺

它有电阻的误差

它有温漂的误差

各种非线性

那我这个调节芯片除了要把我这个

它的输出的差分电压精准地采集出来

还有一个很重要的作用就是

把我的非线性校准成那个线性的

所以大家可以从底下那两张图看到

原来我这桥是非线性的

那经过这个芯片之后我是一个线性输出

那其实这是这种压力传感器的

信号调节最大的一个功能了

那就像我刚才介绍一下

像这个应用场合会有很多压力应力

测量流体液差甚至测量位置、测量加速度

也有很多加速度的传感器

它前端的原理都是这种惠斯通电桥的

它也可以做

甚至温湿度

有些湿度传感器

它其实也是惠斯通电桥形式的

也是能做

像称重都是可以

有这种传感器发挥作用那个地方

那为什么是 TI 的 PGA900

而不是其他家呢

其实 TI 在 PGA900 之前

如果是一些老的工业客户

我相信大家可能会熟悉 PGA308、309

PGA308、309 是比较老的 TI 的芯片

是原来 Burr-Brown 公司

在 Burr-Brown 公司基础上研发出来的芯片

它是好多年前的产品了

那现在用得其实也是蛮广的

它在这个基础上 TI 做了很多的优化

因为那种芯片全是模拟式的这种

一种信号电路测量

然后现在 TI 选择了

里面集成了很高精度的 ADC 在里面

做了一个数字式

所以基本上现在就能做到

它是一个业内最快速和高精度的传感器

它里面有两颗 24 位的 ADC 在里面

一颗 ADC 是用来采样那个桥式的一个输出

惠斯通电桥输出

那另外一颗 ADC 是用来干嘛的

是用来采样那个温度值的

因为像这种的传感器都是需要做温度校准的

所以会有两路的 ADC 来做这个事情

那同时为了保证精度

它里面集成的那个电压基准

是最大值 10 个 PPM 的

这个是很不容易的

如果大家去市面上单独买这种 reference 的话

十个 PPM 的 reference 其实已经算不错了

那第二个很重要的是说

我们用户可以根据自己的应用的需求去编程

为什么呢

因为其实我是一个 MCU

我里面有 M0 的核在里面

所以你说它是个模拟器件也是个模拟器件

你说它是一个 MCU 其实也是一个 MCU

你可以说是模拟器件包围了一个 MCU

或者是说一个 MCU 集成了一堆模拟的器件

所以它里面有个 M0 的核在里面

那这个核就是给我们自己用户开发专用的

一个压力温度校准的这样一个算法来做的

那第三个很重要的是

它是一个单芯片的解决方案

所以一个压力传感器要什么

我有了前面的惠斯通电桥

那我后面要什么

我要 ADC

我要基准

我要一个内核

那我还要输出对吧

所以它里面集成了 SPI、I2C、UART

以及单线的 OWI 的输出接口

同时很重要

它里面还集成了 4~20mA 的

一个工业类的一个输出

所以这个基本上是一个

One stop SOC

一个芯片解决了压力传感器的所有的问题

所以我们做出来的东西就很小

就这么大

如果大家见过这种压力传感器的话

就这么大,很小的

就跟一个手指一样

就是一个压力传感器

所有金属包起来的

然后另外一端有螺丝

它插到各种系统里面

测油压等等就那么小

做出来的板就是什么就是单芯片

所以目前这个芯片确实是

业内分辨率最高

而且集成度最高的

同时满足电压输出和电流输出的这样一个芯片

底下的框图我就不详细给大家做介绍

手册什么都是在网上有

大家有兴趣的话可以研究一下

还是一个比较复杂的芯片

基本上你要把它当做一个 MCU 来用

包括开发环境

也是跟 TI 的 430 以及 C2000 一样的

用 CCS 的这种开发环境

那这是 PGA900 的评估板

这个如果你去申请

你就可能得到这样一个 PGA900

它里面提供 10~30V 的一个输入等等

包括前端的传感器

你看它把前端传感器的电桥都是直接输出的

你可以接到自己的各种类型的这种

惠斯通电桥的压力传感器上面

这是 PGA900 的相关的设计资料,很全

包括一些应用文档

PGA900 作为电容性负载

怎么去驱动这样一个驱动器

包括 PGA900 的开环回路阻抗计算等等

那在 4~20 mA 的应用中

怎么让 PGA900 发挥它的最大功效等等

一系列的文档全在官网上

我不知道在座的有多少

是需要到这种压力传感器的

那目前为止

如果真的是公司有这样的

一个工业流量计仪表

或者压力传感器的项目

PGA900 确实是一个选择

另外我们还有另外一款芯片

因为对很多中国客户来讲

其实 PGA900 还是有点

有点级别比较高

为什么呢

因为很多国内客户其实是没有自己算法

就以矫正各种算法写到 M0 里面的

所以我们还有另外一款芯片

当然成本也会比它低

同样的架构我们是把程序固化在里面了

一个多项式的矫正的程序固化在里面

那用户只要做的是说要一个压力传感器

生产出来之后

它在温箱里各种压力容器上做矫正的时候

把值写到电脑

然后回填

它算出来一个系数

给你回填进去就好了

所以这个产品其实在中国市场

其实应用还会反而会更大

因为大部分客户其实他是没有自己的算法的

TI 已经把一些校正的算法写到里面了

你所要做的是根据测试结果

把系数写进去而已

所以更大程度地方便了我们

压力传感器的一个研发

这个是给大家一个小的提示

因为我上面是没有的

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TI 感测技术方面的创新产品和设计(二) - 业内最高分辨率的压力传感器

所属课程:2016 TI 杭州研讨会 - TI 感测技术方面的创新产品和设计 发布时间:2016.08.12 视频集数:5 本节视频时长:00:08:28

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