CN105021347B - 一种桥式压力传感器的灵敏度调整电路及灵敏度校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了桥式压力传感器中的一种桥式压力传感器的灵敏度调整电路，包括一对可调的电流源，分别接桥式电阻电路差分输出的两端；所述可调电流源可以输出电流或者输入电流；当电流源输出电流时，桥式压力传感器的灵敏度提高；当电流源输入电流时，桥式压力传感器的灵敏度降低。该电路和方法是通过修调的方法来校正传感器的灵敏度，减少对于数字和程序空间资源的消耗。
Description
技术领域
本发明属于压力传感器，特别涉及桥式压力传感器电路的灵敏度调整电路及灵敏度校正方法。
背景技术
桥式压力传感器，通过施加压力，可以产生一个差分电压信号。传感器的灵敏度被定义为输出的差分电压和施加的压力的比例。在实际应用中，某些场合会将多个传感器一起使用，并假定这些传感器具有相同的灵敏度，但由于制造公差等非理想因素的存在，各个传感器之间的灵敏度是有一些差异的，这种差异是一种离散性的分布，因此必须每一个传感器进行校正。通常的方法在校正时会生成一个校正系数，并存储起来；实际使用时，将此传感器输出电压乘上该校正系数得到最终的输出电压。因为要进行乘法操作，因此会消耗较多的数字电路及程序空间，也增加了计算时间。
专利申请200920227503.7，公开了一种压力传感器，其压力测量单元包括随被测压力大小变化而成比例变化的桥臂压敏电阻组成的电桥芯片；一个接收电桥芯片的信号、处理后通过信号输出端输出与被测压力大小相对应的电压值的桥式传感器信号处理芯片；外接电源V通过场效应管FET1稳压后连接到处理芯片和电桥芯片供电端，电源反向保护场效应管FET2设置在电路接地端。本实用新型可以根据不同用户的要求来定义输入输出特性，也即在产品结构不变的前提下，可以根据被测压力范围及对应输出值来对处理芯片中相关参数进行写入，以满足其输出特性。而该申请是通过复杂的电路及计算来实现灵敏度调节，不经济实用，成本也高。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种桥式压力传感器的灵敏度调整电路及灵敏度校正方法，该电路和方法是通过修调的方法来校正传感器的灵敏度，减少对于数字和程序空间资源的消耗。
本发明的另一个目的在于提供一种桥式压力传感器的灵敏度调整电路及灵敏度校正方法，该电路及方法易于实现，校正速度快，能够大大降低成本。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种桥式压力传感器的灵敏度调整电路，其特征在于包括一对可调的电流源，分别接桥式电阻电路差分输出的两端；所述可调电流源可以输出(source) 电流或者输入(sink)电流；当电流源输出电流时，桥式压力传感器的灵敏度提高；当电流源输入电流时，桥式压力传感器的灵敏度降低。
所述的桥式压力传感器阵列由多个桥式压力传感器和一个公共的承压板组成，且上述多个桥式压力传感器的几何中心和承压板的几何中心重合。
所述可调电流源具有同一个参考电流源IREF。
进一步，所述可调电流源为电流型数字模拟转换器(IDAC)，可通过至少1 比特数字信号来改变输入/输出电流的大小。
更进一步，所述可调电流源为一个由数字信号控制的电流型数模转换器 (IDAC)，3组PMOS MP0～MP2构成了电流源阵列，IREF是参考电流，MP1和 MP2电流源各自接有一个开关，受数字信号控制，可以输出4档不同的电流
优选地，所述一对可调电流源具有斩波开关，用于以一个预定的周期交换每个电流源连接的桥式压力传感器的两个差分输出端。
所述一对可调电流源分别通过开关接到桥式电阻电路的差分输出正端和负端，使得共模电压调整具有斩波功能。
一种桥式压力传感器灵敏度校正方法，包括：
步骤一：获得各桥式压力传感器空载情况下输出失调电压值；
步骤二：对各桥式压力传感器施加等值的压力获得初始输出电压值；
步骤三：调节各桥式压力传感器相应的可调电流源其初始输出电压值-输出失调电压值等于一个预设的值，则此可调电流源的控制值为校正控制值，以后每次测量都将可调电流源的控制值调节到此次的校正控制值，即可将相应的桥式压力传感器的灵敏度校正一致。
各个桥式压力传感器共用一对可调电流源，通过多路选择来配合不同传感器使用，并获得对应的校正控制值，以后每次测量时使用对应的校正控制值。
本发明所述的桥式压力传感器的灵敏度调整电路及灵敏度校正方法减少了对数字和程序空间的要求，结构简单，校正速度快。
而且本发明的实现电路结构简单，易于实现，能够大大降低成本。
附图说明
图1是本发明所实现的电路结构图。
图2是本发明所实现可调电流源的结构图。
图3是本发明所实现桥式压力传感器阵列的结构图。
图4是本发明所实现桥式压力传感器灵敏度校正方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1所示，本发明所实现的桥式电阻电路100包括电阻RS00～RS03，差分输出正端为VP1，负端为VN1，激励电压为VREF。可调电流源IDAC00 和IDAC01可分别通过开关SW0～SW3接到VP1或VN1，使得共模电压调整具有斩波功能。例如，开关受控制信号控制在一个预定周期内，前半周期SW0 和SW3闭合，而SW1和SW2断开。此时IDAC00接VN1，而IDAC01接VP1；后半个周期SW0和SW3断开，而SW1和SW2闭合，此时IDAC00接VP1，而IDAC01接VN1。因此，在一个周期内，VP1 一半接IDAC00，一半接IDAC01；设IDAC00和IDAC01输出的电流分别为Iadj00，Iadj01，则输入VP1 的平均电流为(Iadj00+Iadj01)/2。对于VN1也有同样的结论。引入斩波功能后，将消除 IDAC00和IDAC01自身失调和低频噪声对系统性能造成的影响。
若RS00～RS03的阻值为R，当R受到压力变化ΔR时，
VP1-VN1＝VREF*ΔR/R
但当可调电流源输出电流为Iadj00＝Iadj01＝Iadj，R受到压力变化ΔR时，
VP1-VN1＝K*VREF*ΔR/R
K＝(I0+Iadj)/I0
I0＝VREF/2R
因此灵敏度增加了Iadj/I0倍。
参见图2，所示为可调电流源IDAC00的结构图。IDAC00为一个由数字信号控制的电流型数模转换器(IDAC)，3组PMOS MP0～MP2构成了电流源阵列，IREF是参考电流，MP1和MP2电流源各自接有一个开关，受数字信号 ISEL00[1:0]控制，可以输出4档不同的电流Iadj00。
参见图3，所示为桥式压力传感器阵列200，包括四个桥式压力传感器 100～103，分布在矩形的四个角，其几何中心和承压板201的几何中心重合。
参见图4，所示为桥式压力传感器阵列400校正方法300，包括：
步骤一S001：获得各桥式压力传感器空载情况下输出失调电压值；四个桥式压力传感器100～103的输出失调电压值经过ADC转换后分别为 DOS0～DOS3；
步骤二S002：对各桥式压力传感器施加等值的压力获得初始输出电压值；等值压力是通过在承压板201的几何中心上放置一个砝码完成。初始输出电压值经过ADC转换后分别为DINI0～DINI3；
步骤三S003：调节各桥式压力传感器相应的可调电流源其初始输出电压值- 输出失调电压值等于一个预设的目标值，则此可调电流源的控制值为校正控制值，以后每次测量都将可调电流源的控制值调节到此次的校正控制值，即可将相应的桥式压力传感器的灵敏度校正一致。对于桥式传感器100，可调电流源 IDAC00和IDAC01的控制值为ISEL00[1:0]和ISEL01[1:0]；调节 ISEL00[1:0]＝ISEL01[1:0]＝01＝ISEL100时，DINI0-DOS0＝D0，D0为预设的目标值，此时ISEL00[1:0]及ISEL01[1:0]的值10为校正控制值。通过多路选择器将 IDAC00和IDAC01连至不同的传感器获得相应的校正控制值并存储之。
通过上述的灵敏度调整电路及灵敏度校正方法减少了对数字和程序空间的要求，结构简单，校正速度快。
而且实现电路结构简单，易于实现，能够大幅度降低灵敏度校正的成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种桥式压力传感器的灵敏度调整电路，其特征在于包括一对可调的电流源，分别接桥式电阻电路差分输出的两端；所述可调电流源可以输出电流或者输入电流；差分输出正端为VP1，负端为VN1，激励电压为VREF，可调电流源IDAC00和IDAC01可分别通过开关SW0～SW3接到VP1或VN1； 当电流源输出电流时，桥式压力传感器的灵敏度提高；当电流源输入电流时，桥式压力传感器的灵敏度降低；多个桥式压力传感器和一个公共的承压板组成桥式压力传感器阵列，且上述多个桥式压力传感器的几何中心和承压板的几何中心重合。
2.如权利要求1所述的桥式压力传感器的灵敏度调整电路，其特征在于所述可调电流源具有同一个参考电流源IREF。
3.如权利要求2所述的桥式压力传感器的灵敏度调整电路，其特征在于所述可调电流源为电流型数字模拟转换器，可通过至少1比特数字信号来改变输入/输出电流的大小。
4.如权利要求3所述的桥式压力传感器的灵敏度调整电路，其特征在于所述可调电流源为一个由数字信号控制的电流型数模转换器，3组PMOSMP0～MP2构成了电流源阵列，IREF是参考电流，MP1和MP2电流源各自接有一个开关，受数字信号控制，可以输出4档不同的电流。
5.如权利要求1所述的桥式压力传感器的灵敏度调整电路，其特征在于所述一对可调电流源具有斩波开关，用于以一个预定的周期交换每个电流源连接的桥式压力传感器的两个差分输出端。
6.如权利要求5所述的桥式压力传感器的灵敏度调整电路，其特征在于所述一对可调电流源分别通过开关接到桥式电阻电路的差分输出正端和负端，使得共模电压调整具有斩波功能。
7.一种采用权利要求1所述灵敏度调整电路的桥式压力传感器灵敏度校正方法，其特征在于该方法包括：
步骤一：获得各桥式压力传感器空载情况下输出失调电压值；
步骤二：对各桥式压力传感器施加等值的压力获得初始输出电压值；
步骤三：调节各桥式压力传感器相应的可调电流源其初始输出电压值-输出失调电压值等于一个预设的值，则此可调电流源的控制值为校正控制值，以后每次测量都将可调电流源的控制值调节到此次的校正控制值。
8.如权利要求7所述的桥式压力传感器灵敏度校正方法，其特征在于各个桥式压力传感器共用一对可调电流源，通过多路选择来配合不同传感器使用，并获得对应的校正控制值，以后每次测量时使用对应的校正控制值。
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