压力变送器采用的传感器通常需要不同电路与之配合使用-read.doc

压力变送器采用的传感器通常需要不同电路与之配合使用，这就造成产品种类较多，不宜量产。一种崭新的设计思想，设计出的新型电路可以提供软件可控的恒压、恒流输出给传感器，并可以采集两路差分或四路单端输入信号。 需求的提出 压力变送器是工业控制系统使用最多的设备之一，目前压力变送器使用的传感器种类较多，有陶瓷电容、陶瓷压阻、扩散硅、蓝宝石、溅射薄膜、应变片、称重传感器、3051/1151类金属电容式传感器、单晶硅压力（差压）传感器、霍尔传感器等。由于这些传感器的负载阻抗、激励方式、输出信号灵敏度、补偿方式均不相同（参阅表1），所以以往的变送器均有不同的配套电路与相应的传感器配合，产品种类较多，给生产制造部门和采购部门带来很多不便，另外也使供货周期延长。 新电路结构与工作原理 设计一种能配合软件控制的信号处理电路，并能满足所有压力传感器的使用需求是众多业内人士考虑的。一款新型信号处理电路结构如图1，压力变送器总体电路原理框图见图2。 本电路的工作原理： （1）根据传感器的激励要求，由CPU设定DA转换器的输出电压值，该电压值可直接用于驱动需要恒压激励的传感器。 （2）DA转换器的输出电压再经过配有镜像电流源的电流转换器，输出相应的传感器激励电流。该镜像电流源的选用对兼容电压驱动的传感器有至关重要的作用，它能使传感器在使用电流激励时另一端接地，这样就能在各种情况下，满足AD转换器前端的程控放大器（PGA）的输入信号共模要求。得到正确激励的压力传感器能输出一个对应实际压力的电压值，该电压值可能小至300μV也可能大到4.5V。为了使各种传感器都能得到良好的采集精度，必须正确设置AD前端的PGA，在300uV时，设置PGA为最大值128倍，可使AD输入达到38.4mV，对应AD的2.5V的采集范围，浪费了最高的6位数据，但由于ADC可以达到实际18位的有效精度，因此该信号实际的测试结果可以得到12位的转换精度；在4.5V时，PGA为最小值1，它此时的采集范围可达到5.0V（使用±2.5V档），满足采集要求。 （3）电路中设置的4输入信号切换开关，可以采集更多通道的数据，比如用于传感器温度漂移补偿的温度传感器。由于切换开关还可以把AD的某一输入端切换到模拟地，所以该系统可采集两路差分信号或四路单端输入信号（当然也可以采集一路差分和两路单端输入信号）。全部电路还包含供电电源电路、HART数据通信电路、LCD显示接口、ISP程序升级接口等，最终与信号处理电路及CPU模块组成一个完整的通用压力变送器电路。 新电路功能描述 该电路符合HART?协议的高集成高性能压力变送器电路主卡，内含24位高分辨率Σ-?模数转换器，4通道多路开关，输入缓存器，可编程增益放大器（PGA），温度传感器，内部低温漂基准电压源，MCS51内核，高可靠数据EEPROM，16位数模转换器，程序/数据FLASH存储器和数据RAM，集成HART（调制解调器等）。功能描述图如图3所示。 24位Σ-?模数转换器 该电路包含集成的Σ-?模数转换器部分由模拟多路开关(MUX)、可选择缓冲器（BUFFER）、可编程增益放大器（PGA）、基准电压源、数字滤波器等组成。 4路模拟多路开关（MUX）和传统的ADC多路开关相比具有很大的灵活性，软件可配置提供2路差分输入通道或4路单端输入通道。 输入缓冲器可以提高ADC的输入阻抗，但输入电压范围只能从50mV～3.5V。 电路配置的PGA具有很宽的增益范围，有1～128倍的可变增益，PGA的使用提高了ADC的有效分辨率，从而显著提高了小信号模数转换的有效精度。 并能提供自身的温度采集与显示（配合LCD或HART数据通信读取）。 ■　基准电压源 此电路内置高稳定的2.5V 5ppm基准电压源可给传感器或传感器内置电路提供基准，从而节省用户费用；另外也使变送器的整体温度指标大为提高。 ■　数字输入/输出端口 电路数字输入输出电路都为CMOS电平，输入缓冲器为施密特触发器，可以减小输入信号的噪声。接口基本均为复用型，用户可分别做中断、SPI、UART、PWM、计数器、捕获等使用。这些功能主要预留用于差压变送器进行流量测量时使用，可进行多CPU信息交互与控制。 ■　恒压恒流激励方式说明 支持恒电压和恒电流两种传感器驱动方式。这是靠电路内置16位数模转换器实现的，16位ADC直接输出电压信号VDAC，VDAC输出电压大小可以通过软件来改变，VDAC的输出为0～2.5V可控输出。通过软件设置恒流输出功能，可以在恒流激励端输出0～1.0mA的电流值。如果传感器需要更大的电流传感器激励，可以使用扩流MOS管配合IDACSET引脚使输出电流达到2.0mA。 　液晶/OLED显示接口说明 电路提供液晶/OLED显示接口（用户可以不使用显示器），完全兼容华控公