概述
信號調理器常常被放置在壓力傳感器中，以補償傳感器在不同溫度下的誤差?，F在，市場(chǎng)上能夠買(mǎi)到低成本的信號調理器，它們可以精確地放大壓力傳感器信號、補償傳感器的溫度誤差，并且能夠直接控制校準過(guò)程?？上У氖?，隨著(zhù)信號調理器變得越來(lái)越完善，開(kāi)發(fā)能夠批量測試和校準這些器件的軟硬件需要花費大量的時(shí)間，拖延了產(chǎn)品的上市時(shí)間。

本文介紹的校準系統能夠讓制造商在完成設計后的很短時(shí)間內生產(chǎn)出中等批量的、經(jīng)過(guò)測試和校準的壓力傳感器和信號調理器組件。 

傳感器信號調理器

靈活的溫度補償——有些信號調理器允許設計工程師在多達100個(gè)溫度補償點(diǎn)校準傳感器輸出，使工程師能夠按照誤差與壓力傳感器溫度曲線(xiàn)之間的關(guān)系進(jìn)行匹配，從而減小溫度對傳感器的影響?？尚拚恼`差包括整個(gè)溫度范圍內的零點(diǎn)和滿(mǎn)量程增益誤差。溫度傳感器用來(lái)跟蹤壓力傳感器的環(huán)境溫度。

·電流或電壓輸出，以適應多種工業(yè)標準的幅度范圍——汽車(chē)工業(yè)要求信號調理器提供0.5V~4.5V輸出，工業(yè)和過(guò)程控制應用通常要求4mA~20mA輸出，而測試設備輸出要求0~5V的輸出范圍。通過(guò)采用多電壓量程或電流輸出的信號調理器，設計人員無(wú)須為每個(gè)應用設計一個(gè)電路板。

·全模擬信號通道，無(wú)須信號數字化——保持壓力傳感器輸出的模擬信號可避免由于數字化傳感器輸出而帶來(lái)的任何量化噪聲。

·更寬的電流或電壓輸入范圍，使信號調理器兼容于更多的傳感器。

·低功耗——手持和便攜式設備通常要求低功耗器件，而這里介紹的信號調理器僅消耗2mA的電流。

圖1是目前信號調理器所采用的結構簡(jiǎn)圖。圖中，來(lái)自壓阻傳感器的信號(或其它類(lèi)型的傳感器)先經(jīng)過(guò)放大，再采用存儲于EEPROM中的預置數據進(jìn)行修正。

通常，如果產(chǎn)品結合專(zhuān)用器件的軟件，提供一個(gè)友好的用戶(hù)PC界面去控制信號調理器，將節省大量的時(shí)間。Maxim公司的MAX1452 評估套件就包含了這樣的軟件，能夠通過(guò)串口與PC連接。

提取器件特征和測試器件的步驟

步驟1  工程師在確定補償系數之前，必須先提取壓力傳感器(通常為壓阻式)在整個(gè)溫度范圍內的特征參數，計算出合適的修正點(diǎn)，以產(chǎn)生期望的輸出。采用多少點(diǎn)修正取決于壓力傳感器的線(xiàn)性度和用戶(hù)期望的精度，將特征數據轉換成期望輸出的點(diǎn)即為數據補償點(diǎn)。

步驟2  必須開(kāi)發(fā)一個(gè)軟件，以便用戶(hù)能夠實(shí)現PC與多個(gè)信號調理器的通信，使用戶(hù)能夠將第一步計算出的補償數據存入多個(gè)信號調理器的EEPROM中。

步驟3  在準備好烘箱、壓力源、電源等設備后，還需要開(kāi)發(fā)一個(gè)實(shí)現設備的自動(dòng)控制和數據采集的程序。許多電源、示波器以及其它測試設備都具有現成的程序代碼，允許用戶(hù)與這些指定設備通信。

步驟4  建立一個(gè)測試夾具，以允許多個(gè)測試器件(DUT)連接至PC和測試設備。這樣就能夠同時(shí)測試多個(gè)器件。通常，安排一組復用板來(lái)完成此項任務(wù)。

步驟5  工程師在確定修正系數之后，還需保證器件和測試設備之間通信，安裝測試夾具，以及準備好所有必需的測試設備，確定和編寫(xiě)一個(gè)控制程序，以管理和執行測試過(guò)程。

事實(shí)上，這種處理過(guò)程幾乎同設計壓力傳感器產(chǎn)品一樣困難。同時(shí)，測試條件通常是圍繞著(zhù)某種特定的壓力傳感器而設計的，這就意味著(zhù)無(wú)法借用其它相同的測試條件。

縮短產(chǎn)品上市時(shí)間

從市場(chǎng)的發(fā)展狀況看,產(chǎn)品的上市時(shí)間每延遲六個(gè)月，將失去總預期銷(xiāo)量的一半。設計人員所面臨的挑戰是巧妙縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間，同時(shí)，由于采用先進(jìn)的信號調理器還可獲得一定的成本節余。

除了能夠提供測試設備外，先進(jìn)的校準系統還使設計者從上述種種設計壓力下解脫出來(lái)。這些系統具備軟件和接口能力，可適應現有設備。采用LabVIEW或C語(yǔ)言編寫(xiě)的源代碼，校準系統能夠發(fā)出命令至溫控烘箱、經(jīng)過(guò)校準的壓力源、供電電源以及數字萬(wàn)用表等設備。這些系統能夠同時(shí)對100個(gè)器件進(jìn)行特征數據的測量，并計算修正系數。工程師僅需要提供測試設備即可建立一個(gè)完整的特征/校準自動(dòng)測試設備。由于系統能夠同時(shí)對100個(gè)器件進(jìn)行校準，公司在大規模生產(chǎn)條件建立之前就能夠生產(chǎn)出成千上萬(wàn)個(gè)經(jīng)過(guò)校準的壓力傳感器，將產(chǎn)品面世時(shí)間縮短6個(gè)月以上。

圖2闡述了測試條件中校準系統(MAX145x)的作用。MAX145x校準系統經(jīng)過(guò)工廠(chǎng)調整后能夠提供特定的應用和傳感器校準，同時(shí)還給用戶(hù)留出空間，以進(jìn)一步制定測試過(guò)程。

結　語(yǔ)

信號調理器校準系統使生產(chǎn)廠(chǎng)商在原理樣機完成后，能夠輕松而快捷地滿(mǎn)足小訂單的要求。通過(guò)簡(jiǎn)化信號調理器的設計和測試過(guò)程，顯著(zhù)地縮短了產(chǎn)品的上市時(shí)間。因此，在傳感器領(lǐng)域中，校準系統和高集成度的信號調理器已經(jīng)成為不可缺少的工具。