VOUT = VB × ƒ(p,t) (式 5)

ADC 也具有比例属性,它的输出与输入电压和参考电压的比直接成比例。式 6 描述了一般的 ADC 的数据读取值(D)与输入信号(Vs)、参考电压(VREF)、满量程读数(FS)、以及比例因子(K)之间的关系。该比例因子与具体的转换器架构以及内部放大倍数有关。

D = (Vs/VREF)FS × K (式 6)

将式 6 中的 Vs 用式 5 中的 VOUT 表达式代换,ADC 对于性能的影响就会显现出来。结果见式 7:

D = (VB/VREF) × ƒ(p,t) × FS × K (式 7)

由式 7 可见,对于测量结果而言,更为重要的是 VB 和 VREF 的比值,而非它们的绝对值。因此,图 1 电路中的电压基准源可以不用。ADC 的参考电压可以取自一个简单的电阻分压器,只要保持恒定的 VB/VREF 之比即可。这一改进不仅省去了电压基准,也免去了对 VB 的测量,以及补偿 VB 变化所需的所有软件。这种技术适用于所有比例传感器。RT 和 R1 串联构成的温度传感器也是比例型的,因此,温度检测也不需要电压基准。该电路如图 2 所示。

电流驱动式传感器如何对 STC 进行补偿?

图 2. 比例测量电路示例。压力传感器的输出、RTD 电压、以及 ADC 参考电压均与供电电压直接成正比。该电路无需绝对电压基准,同时简化了确定实际压力时所必需的计算。

省去 RTD

硅基电阻对温度十分敏感,根据这种特性,可用电桥电阻作为系统的温度传感器。这不仅降低了成本,而且会有更好的效果。因为它不再受 RTD 和压敏电桥之间温度梯度的影响。正像前面所提到的,温度测量的绝对精度并不重要,只要温度测量是可重复的和唯一的。这种唯一性要求限定了这种温度检测方法只能用于施压后桥路电阻保持恒定的电桥。幸运的是,大多数硅传感器采用全工作桥,能够满足该要求。

图 3 电路中,在电桥低压侧串联一个电阻(R1),从而得到一个温度相关电压。增加这个电阻会减小电桥电压,从而减小其输出。减小的幅度一般不是很大,况且只需略微增加增益或减小参考电压就足以对其加以补偿。式 8 可用于计算 R1 的保守值。对于大多数应用,当 R1 小于 RB/2 时,电路能很好地工作。

R1 = (RB × VRES)/(VDD × TCR × TRES - 2.5 × VRES) (式 8)

这里,RB 是传感器电桥的输入电阻,VRES 是 ADC 的电压分辨率,VDD 是供电电压,TCR 为传感器电桥的电阻温度系数,而 TRES 是所期望的温度分辨率。

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