JHM1203在压力传感器上的应用

1   芯片介绍

JHM1203 是北京久好电子公司自主研发，针对差分电阻桥式或半桥式传感器信号的一款高精度、低功耗信号调理集成电路。该芯片内置13.2~72X 可调前置放大器，可以适应(2~50) mV/V 传感器芯体；ADC 输入电压偏置可设，可以适应压力芯体2.5 倍满量程输出的零点偏差；还内置分辨率为0.003 ℃的温度传感器，作为温度测量和温漂补偿使用；JHM1203 集成了高精度24 位Δ-ΣADC，ENOB 为20 位。

和普通ADC 不同，JHM1203 内置数字信号处理电路可对传感器的温漂、零点偏差、灵敏度偏差和非线偏差同时进行最高二阶的补偿；片上还集成了一次性可编程存储器(OTP)，掉电后仍可保存传感器的补偿系数。压力传感器的微小差分信号经过其补偿后，可直接输出标准的压力和温度数据，方便客户使用。

2   电路结构

如图1 所示，JHM1203 基本电路为标准的I2C 电路，正常工作仅需要三个外部元件，其供电范围为1.8~3.6 V，与绝大多数的MCU 兼容。

3   电流消耗测算

JHM1203 专门为低功耗的应用而设计，其待机电流为0.1 μA，表1 为JHM1203 带外部5 kΩ 桥阻时的实测功耗，在1 Hz ODR 的最小功耗约16.7 μA。

4   校准方法

JHM1203 内部集成数字信号处理（DSP）电路，支持2~7 点的校准计算，一般来说，校准点数越多，得到的压力和温度数据的精度越好。JHM1203 拥有评估套件和批量套件，最多可同时校准1024 路传感器。该校准套件的作用是算出补偿系数，写入调理芯片，完成补偿过程。北京久好还可以提供JHM1203 的动态链接库，方便客户开发自己的校准系统。

5   I²C通信

以下说明通信指令，以JHM1203 的默认I2C 地址（0X78）举例，JHM1203的I2C地址可以通过写OTP修改。

5.1 I2C时序图，如图2所示。

5.2 启动一次测量指令

0×F0 表示默认的7 位I2C 传感器从机设备地址为0×78，最后1 位为0 表示主设备MCU 对从设备进行写操作。0×AC 为命令字，启动从设备传感器进行一次测量，如图3 所示。

5.3 判断测量结束的方法

发送完写命令后需要等待一段时间，直到从设备传感器测量结束，再发读命令读取测量数据。判断从设备传感器测量结束，除延时等待外，还有以下两种检测方式。

1) 软件查询法——读状态字，如图4 所示。

0×F1 表示默认的7 位I2C 传感器从机设备地址为0×78，最后1 位为1 表示主设备MCU 对从设备进行读操作，读取的第1 个字节为状态字，有关状态字的比特位描述有表可查。

2) 硬件判断法——EOC 识别或中断

启动测量后，EOC 变为低电平“0”；测量结束后，EOC 变为高电平“1”。

5.4 读取压力数值

0×F1 表示默认的7 位I2C 传感器从机设备地址为0×78，最后1 位为1 表示主设备MCU 对从设备进行读操作，读取的第1 个字节为状态字，接着读取的是三个字节的压力数值。

6   输入输出关系

MCU 端接收到JHM1203 返回的数据后，通过以下公式可得到准确的压力数据。

Pressure：实际压力值；Dtest：传感器数字输出值；PMIN：传感器零点压力值；PMAX：传感器满量程压力值；DMIN：传感器零点时对应数字输出值；DMAX：传感器满量程时对应的数字输出值。

7   典型应用电路

如图6 所示为JHM1203的基本应用电路，可以设计一些小体积、高精度、高性价比的应用，例如气压高度计、电子烟压力传感器等数字输出模组。对于已做过恒流温补的扩散硅压力芯体，为了得到更高的补偿精度，推荐使用如图7低功耗恒流激励电路。使用此电路，对于一些低精度或窄温区的应用可免做耗时的温补，以降低生产成本。

如表2 和表3 所示是两只温补后压力传感器的测试数据，需要说明的是，这两只传感器的压力芯体为不同的生产厂家随机抽选。经过三个温度点下的共7 个压力点补偿后，这两只传感器在-20~60℃温区内都达到了0.1%FS 以内的精度。

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年2月期）