采用信号调理IC驱动应变片电桥传感器

温度对传感器性能的影响

温度导致零负载输出电压漂移(也称为失调)，在负载情况下使灵敏度出现变化(也定义为满量程输出电压)，对传感器性能有不利的影响。传感器生产商在电路中引入温度敏感电阻，补偿这些变化的一阶影响，如图1-3所示。

当温度变化时，电阻RFSOTC和RFSOTC_SHUNT调制电桥激励电压。一般而言，RFSOTC材料有正温度系数，电桥激励电压随温度升高而降低。随着温度的提高，传感器输出对负载越来越敏感。降低电桥激励电压能够减小传感器输出，有效地抵消内在温度效应。电阻RSHUNT对温度或者应变不敏感，用于调整RFSOTC产生的TC补偿量。0Ω的RSHUNT能够抵消RFSOTC的所有影响，而无限大的值(开路)将使能RFSOTC的所有影响。该方法补偿一阶温度灵敏度的效果非常好，但是不能解决更复杂的高阶非线性效应。

通过在电桥的一臂上插入温度敏感电阻来完成失调变化的温度补偿。这些电阻是图1-3中所示的ROTC_POS和ROTC_NEG。分流电阻(ROTC_SHUNT)调整ROTC_POS或者ROTC_NEG引入的温度影响量。使用ROTC_POS或者ROTC_NEG取决于失调是正温度系数还是负温度系数。

怎样实现电流激励驱动

由于电桥电阻随负载变化，以及内置灵敏度补偿网络(图2中显示的RFSOTC和RFSOTC-SHUNT)中的电流过大或者电流反向等原因，使用电流来激励电桥传感器有很大的困难。

可以采用各种方法来解决这些问题，实现电流激励驱动。一种简单的方法是使用MAX1452，通过配置实现电压驱动。该电路包括很少的外部元件，这些元件可满足电压激励需要的大电流要求。MAX1452是全集成信号调理IC，完成传感器激励、信号滤波和放大、失调和灵敏度的温度线性化等。

MAX1452主要设计用于压力传感中的硅片压阻换能器(PRT)。它采用了4个16位Δ-Σ DAC (D-A转换器)、温度传感器和温度系数表来完成电桥传感器的温度补偿和线性化(图4)。在传感单元和电压输出之间通过模拟信号通路来完成温度补偿和放大。该IC借助很少的外部电路就可以适应金属片或者厚膜应变片，为惠斯通电桥提供电压激励以及更强的电流驱动能力。


图4. MAX1452是电桥传感器全集成信号调理IC

MAX1452包括PRT电流激励电路(图5)。电路包括一个电流镜像(T1和T2)，将小参考电流放大14倍，足以驱动2kΩ到5kΩ的PRT传感器。在RISRC和RSTC上加电压可以获得参考电流。该电压由运算放大器U1反馈环路中的16位精度满量程输出D/A转换器(FSO DAC)设置。


图5. PRT电桥激励电路图

FSO DAC采用了Σ-Δ体系结构，其数字输入来自闪存中的温度系数表。温度每递增1.5°C，每4ms向DAC提供唯一的16位系数。DAC输出电压驱动p沟道MOSFET T1的栅极，随之向RISRC和RSTC驱动足够的电流，产生等于FSO DAC电压的电压。通过T1的电流，由T2镜像放大14倍，成为电桥驱动电流。

电阻RSTC使能传感器激励电流的一阶调制，该电流是温度的函数。对于硅片PRT换能器，当电流通过电桥时，从结果传感器电桥电压中获得温度。这类传感器在电桥电阻和温度之间具有很好的传输函数。通过电流激励电桥，您可以调整结果电桥电压，利用它对失调和灵敏度进行一阶补偿。这可以通过连接电桥电压(引脚BDR)和满量程输出温度补偿DAC (FSOTC DAC)的参考输入来实现。但是要记住，当使用金属片或者厚膜应变片时，一般不适合采用电流激励。