CN110146201A - 一种具有温度补偿的传感信号调理系统及温度补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于压力传感器技术领域，具体为一种具有温度补偿的传感信号调理系统及温度补偿方法。本发明系统包括：压敏电阻的惠斯通电桥、温度检测模拟前端电路、压力检测模拟前端电路、校准系数计算模块、模数转换器、Σ‑Δ数模转换器、数字Σ‑Δ调制器、低通滤波器、驱动电路、电源管理模块；该系统在模拟域中实现对压力传感信号的温度补偿校准。温度补偿分为两个阶段：第一阶段为校准公式系数标定，第二阶段为在模拟域中实现对压力传感信号的温度补偿。本发明具有温度补偿效果好、电路响应速度快、硬件开销小的特点。

Description

一种具有温度补偿的传感信号调理系统及温度补偿方法
技术领域
本发明属于压力传感器技术领域，具体涉及一种用于压力传感器的具有温度补偿的传感信号调理系统及温度补偿方法。
背景技术
压力传感器利用压敏电阻在不同压力情况下电阻阻值的改变来检测施加的压力。压敏电阻的阻值与以下因素相关：施加压力的大小、压敏电阻的制备工艺、压敏电阻的尺寸、传感器工作的环境温度。
随着压力传感技术的不断发展，压力传感器的应用场景也在不断拓宽。其中压力传感器在汽车电子邻域有着广泛的应用，如胎压、气缸压、传动油压等检测需求。在压力传感器工作过程中，压敏电阻组成的电桥往往本身就会因为失配等原因产生失调，而环境温度的改变也会引起压敏电阻阻值波动并影响传感检测电路的性能，引入额外的失调和增益误差。为此，需要通过校准来补偿失调和增益误差，通常采用的方式是将传感电路检测到的信号通过模数转换器转换为数字信号后，在数字域中利用校准公式来进行温度补偿，之后将校准后的结果通过数模转换器重新转换为模拟信号。这种方式，涉及模拟信号与数字信号的转换，电路响应速度较慢，功耗较大。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于压力传感器的温度补偿效果好，电路响应速度快的具有温度补偿的传感信号调理系统及温度补偿方法。
本发明提供的具有温度补偿的传感信号调理系统，包括：包含压敏电阻的惠斯通电桥、温度检测模拟前端电路、压力检测模拟前端电路、校准系数计算模块、模数转换器、Σ-Δ数模转换器、数字Σ-Δ调制器、低通滤波器、驱动电路、电源管理模块；该系统在模拟域中实现对压力传感信号的温度补偿校准。
其中，所述压力检测模拟前端电路与温度检测模拟前端电路在标定阶段对标定压力和工作温度进行检测；检测结果经模数转换器转换为数字信号，数字信号于校准系数计算模块中进行计算，得到校准公式（1）中的系数a(T)和b(T)。
校准公式为：
y=a(T)*Vcorr-b(T)*VDD （1）
其中，Vcorr表示压力检测模拟前端的输出电压，VDD表示电源管理模块产生的固定电压，y表示温度补偿校准后的结果，a(T)、b(T)分别表示两个只与温度T相关的校准系数；
所述2个Σ-Δ数模转换器的参考电压输入端分别与压力检测模拟前端电路的输出端、电源管理模块产生的固定电压输出端相连；2个Σ-Δ数模转换器的输入信号由数字Σ-Δ调制器产生。
所述数字Σ-Δ调制器对校准公式系数a(T)与b(T)进行Σ-Δ调制，产生码流；产生的码流分别作为Σ-Δ数模转换器的输入信号。
所述2个Σ-Δ数模转换器的输出与低通滤波器输入相连，低通滤波器输出与驱动电路相连。
本发明提供的具有温度补偿的传感信号调理系统的温度补偿方法，分为两个阶段：
第一阶段为校准公式系数标定。
首先检测出当前工作环境温度，再向压力传感器分别施加两个大小已知的标定压力并获取测量值，根据测得的温度值与压力值计算出当前压力传感器自身对应的校准系数a(T)、b(T)；
第二阶段为在模拟域中实现对压力传感信号的温度补偿。
根据测得的当前温度T，确定校准系数a(T)与b(T)，并将a(T)与b(T)在数字域中通过Σ-Δ调制分别转化为两个Σ-Δ数模转换器的数字输入信号，并将压力检测模拟前端的输出电压Vcorr和电源管理模块产生的固定电压VDD分别作为两个Σ-Δ数模转换器的参考电压，以此实现校准系数与电压信号在模拟域中的相乘，分别产生a(T)*Vcorr和b(T)*VDD这两个电压信号。两个Σ-Δ数模转换器的输出信号a(T)*Vcorr和b(T)*VDD差分输入低通滤波器，输入信号做差的同时将因Σ-Δ调制而产生的高频分量滤除，最终在模拟域中实现对压力传感信号的温度补偿校准。
本发明解决方案，温度补偿校准效果好，并省却了在数字域中进行校准计算的时间，可以极大地提高了电路的响应速度，减少了功耗；而且硬件开销小。
附图说明
图1是本发明提出的压力传感器的传感信号调理系统具有温度补偿方法架构示意图。图中，B-AFE：压力检测模拟前端电路；T-AFE：温度检测模拟前端电路； ADC：模数转换器；DAC：数模转换器；LPF：低通滤波器；Σ-Δmodulator：数字Σ-Δ调制器；a(T),b(T)calculator：校准系数计算模块；BUF：驱动电路；
Power Management：电源管理模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
如图1所示，为本发明提出的解决方案的硬件架构。在校准系数标定阶段，T-AFE对温度进行检测，T-AFE产生的电压信号经过ADC处理转换为数字信号T0。施加两个大小已知的标定压力于压敏电阻上，B-AFE对两个标定压力分别进行检测，B-AFE产生的电压信号经过ADC处理转换为数字信号B0，B1。T0，B0，B1输入校准系数计算模块，经计算得到校准公式中的系数a(T)，b(T)。a(T)，b(T)输入数字Σ-Δ调制器。a(T)经调制后产生的码流输入以B-AFE输出电压信号Vcorr为参考电压的Σ-ΔDAC。b(T) 经调制后产生的码流输入以电源管理模块产生的固定电压VDD为参考电压的Σ-ΔDAC。两个Σ-ΔDAC的输出与低通滤波器LPF差分输入端相连，滤波器输出与驱动电路BUF输入相连，增强输出电压信号的驱动能力。至此，压力传感信号直接在模拟域中完成温度补偿校准。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种具有温度补偿的传感信号调理系统，其特征在于，包括：包含压敏电阻的惠斯通电桥、温度检测模拟前端电路、压力检测模拟前端电路、校准系数计算模块、模数转换器、Σ-Δ数模转换器、数字Σ-Δ调制器、低通滤波器、驱动电路、电源管理模块；其中：
所述压力检测模拟前端电路与温度检测模拟前端电路在标定阶段对标定压力和工作温度进行检测；检测结果经模数转换器转换为数字信号，数字信号于校准系数计算模块中进行计算，得到校准公式（1）中的系数a(T)和b(T)：
校准公式为： y=a(T)*Vcorr-b(T)*VDD （1）
其中，Vcorr表示压力检测模拟前端的输出电压，VDD表示电源管理模块产生的固定电压，y表示温度补偿校准后的结果，a(T)、b(T)分别表示两个只与温度T相关的校准系数；
所述2个Σ-Δ数模转换器的参考电压输入端分别与压力检测模拟前端电路的输出端、电源管理模块产生的固定电压输出端相连；2个Σ-Δ数模转换器的输入信号由数字Σ-Δ调制器产生；
所述数字Σ-Δ调制器对校准公式系数a(T)与b(T)进行Σ-Δ调制，产生码流；产生的码流分别作为Σ-Δ数模转换器的输入信号；
所述2个Σ-Δ数模转换器的输出与低通滤波器输入相连，低通滤波器输出与驱动电路相连。
2. 如权利要求1所述传感信号调理系统的温度补偿方法，其特征在于，分为两个阶段：
第一阶段为系数标定
首先检测出当前工作环境温度，再向压力传感器分别施加两个大小已知的标定压力并获取测量值，根据测得的温度值与压力值计算出当前压力传感器自身对应的校准系数a(T)、b(T)；
第二阶段为在模拟域中实现对压力传感信号的温度补偿
根据测得的当前温度T，确定校准系数a(T)与b(T)，并将a(T)与b(T)在数字域中通过Σ-Δ调制分别转化为两个Σ-Δ数模转换器的数字输入信号，将压力检测模拟前端的输出电压Vcorr和电源管理模块产生的固定电压VDD分别作为两个Σ-Δ数模转换器的参考电压，以此实现校准系数与电压信号在模拟域中的相乘，分别产生a(T)*Vcorr和b(T)*VDD这两个电压信号；两个Σ-Δ数模转换器的输出信号a(T)*Vcorr和b(T)*VDD差分输入低通滤波器，输入信号做差的同时将因Σ-Δ调制而产生的高频分量滤除，最终在模拟域中实现对压力传感信号的温度补偿校准。
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