图 3. 用电桥输出测量压力和用电桥电阻测量温度的比例电路实例
继续上述实例并假定希望得到 0.05°C 的温度分辨率,R1 = (4.5kΩ × 30µV/count)/(((5V × 1200ppm/°C × 0.05°C/count) - 2.5) × 30µV/count) = 0.6kΩ。由于 R1 小于 RB 的一半,这一结果是有效的。在该例中,R1 的增加使 VB 下降 12%。在选择转换器时,可以将 17.35 位的分辨率要求向上舍入为 18 位。增加的分辨率用于补偿 VB 降低的影响绰绰有余。
温度上升时,电桥电阻的上升使电桥上的电压降也上升。这种 VB 随温度的变化形成了一个附加的 TCS 项。正好该值为正值,而传感器的固有 TCS 值是负数,这样,将一个电阻与传感器串联实际会减小未经补偿的 TCS 误差。上面的校准技术仍然有效。只是需要补偿的误差略小了一些。
电流驱动
有一类特殊的压阻式传感器被称为恒流传感器或电流驱动传感器。这些传感器经过特殊处理,当它们采用电流源驱动时,灵敏度在温度变化时保持恒定(TCS ≈ 0)。电流驱动传感器经常增加附加电阻,可以消除或者显著降低偏移误差和 OTC 误差。这实际上是一种模拟的传感器校准技术。这可以将设计者从繁杂的工作中解放出来,不必对每个传感器在不同温度和压力下进行测量。这种传感器在宽温范围内的绝对精度通常不如数字校准的传感器好。数字技术仍然能用于改善这些传感器的性能,通过测量电桥上的电压很容易获得温度信息,其灵敏度通常大于 2000ppm/°C。图 4 所示是一种电流驱动的电桥电路。该电路使用同一个电压基准源来建立恒定电流和为 ADC 提供基准电压。
图 4. 该电路使用了一个电流驱动传感器,采用传统的电流源电路驱动
省去电流源
理解了电流驱动式传感器如何对 STC 进行补偿,就可以采用图 5 电路在不带电流源的情况下达到与图 4 电路相同的效果。电流驱动传感器仍具有一个激励电压(VB),只是 VB 并不固定于电源电压。VB 由电桥阻抗和流过电桥的电流来决定。如前所述,硅电阻具有正温度系数。这样,当电桥由电流源供电时,VB 将随温度的升高而增加。如果电桥的 TCR (阻抗温度系数)与 TCS 幅值相等而符号相反,那么,VB 将随着温度以适当的比率增加,对灵敏度的降低进行补偿。在某个有限的温度范围内,TCS 将接近零。