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JHM1203在压力传感器上的应用

作者:刘海军(北京久好电子科技有限公司技术支持与芯片应用部经理,北京 100085)时间:2021-08-18来源:电子产品世界收藏
编者按:本文介绍一款国产传感器信号调理芯片JHM1203,该芯片应用于压力传感器,可直接输出校准和温补后的压力数据,不再需要MCU具备复杂的校准算法。搭配数字校准板及上位机软件,可以实现单路及批量的温度补偿和校准。基于JHM1203的压力传感器以及仪表已经广泛应用于白色家电、医疗电子、消费类电子,汽车电子和工控等领域,并取得了很好的效果。


本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202108/427667.htm

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 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,作为温度测量和温漂使用;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;片上还集成了一次性可编程存储器(OTP),掉电后仍可保存系数。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 兼容。

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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。

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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。

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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 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。

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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。

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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 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。

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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。

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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。

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如表2 和表3 所示是两只温补后的测试数据,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。

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(本文来源于《电子产品世界》杂志2021年2月期)


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