CN113607329A - 压力传感器信号温度补偿方法及压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压力传感器信号温度补偿方法及压力传感器，提供了一种用于具有温度补偿的传感信号调理系统解决方案。所述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、数字Σ‑Δ调制器、PWM调制器、混频器、驱动电路、低通滤波器。本发明具有响应速度快、硬件开销小的特点。

Description

压力传感器信号温度补偿方法及压力传感器
技术领域
本发明涉及，尤其是涉及一种压力传感器信号温度补偿方法及压力传感器。
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。但这种方式，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。此外，一种在模拟域实现校准的方式已被提出，其通过引入数模转换器，并根据计算得出的温度校准系数来产生失调补偿信号使之与传感器输出信号相加，最终在模拟域实现温度补偿校准功能。这种方法需要引入数模转换器，且其补偿精度要求与数模转换器精度直接相关，需要较大的硬件开销与功耗。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种压力传感器信号温度补偿方法及压力传感器，可以减小成本并降低功耗。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种压力传感器信号温度补偿方法，包括：
根据已知标准压力下的压力检测模拟前端电路的输出，结合当前环境温度得到不同环境温度下校准模型的校准系数，其中，所述校准模型为：y＝a(T)*Vcorr-b(T)，y为校准后的压力值，Vcorr为压力检测模拟前端电路的输出压力值，a(T)和b(T)为校准系数，T为环境温度；
还包括：
在校准模型校准系数修正后，获取待测压力下压力检测模拟前端电路的输出以及测量时的环境温度；
根据测量时的环境温度确定校准系数，并根据压力检测模拟前端电路当前的失调配置下对应的失调校准量确定PWM码流的占空比；
将得到的占空比作为压力检测模拟前端的失调校准配置字OFFTRIM输入，校准系数a(T)在数字域中通过Σ-Δ调制分别转化为混频器的控制信号，并将压力检测模拟前端电路的输出作为混频器的输入，根据混频器的输出得到校准后的压力值。
校准模型的系数标定步骤中，具体的，将已知的标准压力的压力值作为校准后的压力值。
所述根据混频器的输出得到校准后的压力值，具体为：将混频器的输出经过增强并滤除因Σ-Δ调制和PWM调制而产生的高频分量后得到校准后的压力值。
所述环境温度的尺寸至少为1摄氏度。
所述PWM码流的占空比具体为：
M＝b(T)/Voc
其中：M为PWM码流的占空比，Voc为失调校准量。
一种实现如上述的方法的压力传感器，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、数字Σ-Δ调制器、PWM调制器、混频器、驱动电路；
所述压力检测模拟前端电路的输入端连接至惠斯通电桥，失调校准输入端连接至PWM调制器的输出端，输出端连接至混频器的输入端，所述温度检测模拟前端电路、模数转换器和校准系数计算模块依次连接，所述校准系数计算模块的输出端分别连接至PWM调制器和数字Σ-Δ调制器，所述数字Σ-Δ调制器的输出端连接至混频器的控制信号输入端，所述混频器的输出端连接至驱动电路的输入端。
所述数字Σ-Δ调制器对校准公式系数a(T)进行Σ-Δ调制，产生Σ-Δ码流。
所述Σ-Δ码流为1比特码流。
所述压力传感器还包括滤波器，驱动电路的输出端连接至滤波器。
所述滤波器为低通滤波器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：与传统数字域校准方式相比，省却了在数字域中进行校准计算的时间，可以极大地调高电路的响应速度，与已有的模拟域校准方式相比，无需复杂的数模转换器，大幅节省了硬件开销与功耗。
附图说明
图1为本发明压力传感器的结构示意图；
其中：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，Mixer、混频器，a(T),b(T),M calculator、校准系数计算模块，SDM、数字Σ-Δ调制器，PWM、PWM调制器，BUF、驱动电路，LPF、低通滤波器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示为本发明提出的解决方案的硬件架构，一种实现如上述的方法的压力传感器，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、数字Σ-Δ调制器、PWM调制器、混频器、驱动电路；
压力检测模拟前端电路的输入端连接至惠斯通电桥，失调校准输入端连接至PWM调制器的输出端，输出端连接至混频器的输入端，温度检测模拟前端电路、模数转换器和校准系数计算模块依次连接，校准系数计算模块的输出端分别连接至PWM调制器和数字Σ-Δ调制器，数字Σ-Δ调制器的输出端连接至混频器的控制信号输入端，混频器的输出端连接至驱动电路的输入端。
其中，在主要实施例中，压力传感器还包括滤波器，驱动电路的输出端连接至滤波器，具体的，滤波器为低通滤波器。
对应的压力传感器信号温度补偿方法，包括：
系数标定步骤：根据已知标准压力下的压力检测模拟前端电路的输出，结合当前环境温度得到不同环境温度下校准模型的校准系数，其中，校准模型为：y＝a(T)*Vcorr-b(T)，y为校准后的压力值，Vcorr为压力检测模拟前端电路的输出压力值，a(T)和b(T)为校准系数，T为环境温度；
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)。
补偿方法还包括测量步骤，具体包括：
在校准模型校准系数修正后，获取待测压力下压力检测模拟前端电路的输出以及测量时的环境温度；
根据测量时的环境温度确定校准系数，并根据压力检测模拟前端电路当前的失调配置下对应的失调校准量确定PWM码流的占空比；
将得到的占空比作为压力检测模拟前端的失调校准配置字OFFTRIM输入，校准系数a(T)在数字域中通过Σ-Δ调制分别转化为混频器的控制信号，并将压力检测模拟前端电路的输出作为混频器的输入，根据混频器的输出得到校准后的压力值。
校准模型的系数标定步骤中，具体的，将已知的标准压力的压力值作为校准后的压力值。
其中，根据混频器的输出得到校准后的压力值，具体为：将混频器的输出经过增强并滤除因Σ-Δ调制和PWM调制而产生的高频分量后得到校准后的压力值。
环境温度的尺寸至少为1摄氏度，PWM码流的占空比具体为：
M＝b(T)/Voc
其中：M为PWM码流的占空比，Voc为失调校准量。
数字Σ-Δ调制器对校准公式系数a(T)进行Σ-Δ调制，产生Σ-Δ码流，Σ-Δ码流为1比特码流。
在测量步骤中，根据b(T)与B-AFE当前失调校准配置字OFFTRIM对应的失调校准电压Voc，经计算得出占空比M。a(T)输入数字Σ-Δ调制器，产生1-bitΣ-Δ码流，M输入PWM调制器，产生PWM码流。PWM码流作为失调校准配置字输入B-AFE。B-AFE输出信号作为混频器的输入信号，a(T)经调制后产生的码流作为混频器的控制信号。混频器输出端与驱动电路输入端相连，增强输出电压信号的驱动能力。驱动电路的输出与低通滤波器LPF输入端相连，滤除Σ-Δ调制与PWM调制过程中产生的高频分量。至此，压力传感信号直接在模拟域中完成温度补偿校准。

Claims (10)

1.一种压力传感器信号温度补偿方法，包括：
根据已知标准压力下的压力检测模拟前端电路的输出，结合当前环境温度得到不同环境温度下校准模型的校准系数，其中，所述校准模型为：y＝a(T)*Vcorr-b(T)，y为校准后的压力值，Vcorr为压力检测模拟前端电路的输出压力值，a(T)和b(T)为校准系数，T为环境温度；
其特征在于，还包括：
在校准模型校准系数修正后，获取待测压力下压力检测模拟前端电路的输出以及测量时的环境温度；
根据测量时的环境温度确定校准系数，并根据压力检测模拟前端电路当前的失调配置下对应的失调校准量确定PWM码流的占空比；
将得到的占空比作为压力检测模拟前端的失调校准配置字OFFTRIM输入，校准系数a(T)在数字域中通过Σ-Δ调制分别转化为混频器的控制信号，并将压力检测模拟前端电路的输出作为混频器的输入，根据混频器的输出得到校准后的压力值。
2.根据权利要求1所述的一种压力传感器信号温度补偿方法，其特征在于，校准模型的系数标定步骤中，具体的，将已知的标准压力的压力值作为校准后的压力值。
3.根据权利要求1所述的一种压力传感器信号温度补偿方法，其特征在于，所述根据混频器的输出得到校准后的压力值，具体为：将混频器的输出经过增强并滤除因Σ-Δ调制和PWM调制而产生的高频分量后得到校准后的压力值。
4.根据权利要求1所述的一种压力传感器信号温度补偿方法，其特征在于，所述环境温度的尺寸至少为1摄氏度。
5.根据权利要求1所述的一种压力传感器信号温度补偿方法，其特征在于，所述PWM码流的占空比具体为：
M＝b(T)/Voc
其中：M为PWM码流的占空比，Voc为失调校准量。
6.一种实现如权利要求1-5中任一所述的方法的压力传感器，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、数字Σ-Δ调制器、PWM调制器、混频器、驱动电路；
所述压力检测模拟前端电路的输入端连接至惠斯通电桥，失调校准输入端连接至PWM调制器的输出端，输出端连接至混频器的输入端，所述温度检测模拟前端电路、模数转换器和校准系数计算模块依次连接，所述校准系数计算模块的输出端分别连接至PWM调制器和数字Σ-Δ调制器，所述数字Σ-Δ调制器的输出端连接至混频器的控制信号输入端，所述混频器的输出端连接至驱动电路的输入端。
7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述数字Σ-Δ调制器对校准公式系数a(T)进行Σ-Δ调制，产生Σ-Δ码流。
8.根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，所述Σ-Δ码流为1比特码流。
9.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括滤波器，驱动电路的输出端连接至滤波器。
10.根据权利要求9所述的压力传感器，其特征在于，所述滤波器为低通滤波器。
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CN115014629A (zh) * 2022-06-15 2022-09-06 广东乐心医疗电子股份有限公司 压力传感器的温漂补偿方法及装置

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