CN211602285U

CN211602285U - 一种压力传感器批量校准电路

Info

Publication number: CN211602285U
Application number: CN202020332498.2U
Authority: CN
Inventors: 王浩钢; 陈君杰; 雷鑑铭; 范晨艳
Original assignee: Suzhou Transient Semiconductor Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Transient Semiconductor Technology Co ltd
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2030-03-17

Abstract

本实用新型揭示了一种压力传感器批量校准电路，该压力传感器批量校准电路包括待校准传感器阵列、传感器调理电路板、多通道模拟选通开关电路和传感器校准电路通讯板，所述待校准传感器阵列、传感器调理电路板、多通道模拟选通开关电路和传感器校准电路通讯板相互之间电性连接。该电路从实际角度出发解决了压力传感器单个校准花费时间较长的问题，一次可校准多个传感器，避免了每次校准都要开关恒温箱，插拔传感器连接线，重新设定并等待温箱温度稳定时间不同等人为因素造成的传感器校准后一致性较差的问题，简化了校准步骤。该压力传感批量校准电路能够满足研发人员实现压力传感器常温批量校准、批量温度补偿等科研要求。

Description

一种压力传感器批量校准电路

技术领域

本实用新型涉及一种具有批量校准功能的压力传感器校准电路，主要用于传感器校准电路技术领域。

背景技术

传统压力传感器校准系统标准方法是采用一块电路板，并一次只能校准一个传感器，若需要校准多个传感器一般采用单个传感器流水线校准的办法，或者增加设备进行并行批量校准。现在这种方法存在成本高、一致性差等问题。随着对传感器的批量校准电路的需求日渐高涨，而当校准多个传感器的时候一般会因为信号线过多而出现端口不够用的情况，而且每次校准完毕更换新的传感器时插拔导线工作量巨大，通常一个传感器至少需要插拔4根导线，当一个8传感器构成的阵列就需要至少插拔32根导线，工作量繁复、人为误差较大。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种压力传感器批量校准电路。

本实用新型的目的将通过以下技术方案得以实现：一种压力传感器批量校准电路，包括待校准传感器阵列、传感器调理电路板、多通道模拟选通开关电路和传感器校准电路通讯板，所述待校准传感器阵列、传感器调理电路板、多通道模拟选通开关电路和传感器校准电路通讯板相互之间电性连接。

优选地，所述待校准传感器阵列包括n个传感器调理电路板，将处于待校准传感器阵列中每个传感器调理电路板输出端口VBN、VBP、SO、OTP依次重命名为VBPn、VBNn、SOn、OTPn，n与该传感器调理电路板所属序号相同，n取1~8八个数字。

优选地，所述待校准传感器阵列上包括八个传感器调理电路板，每个传感器调理电路板均包括MEMS压力传感器电路和调理芯片电路，每个传感器调理电路板均包括四个输出端口，总共为三十二个输出端口，为VBN1、VBN2、VBN3、VBN4、VBN5、VBN6、VBN7、VBN8、VBP1、VBP2、VBP3、VBP4、VBP5、VBP6、VBP7、VBP8、SO1、SO2、SO3、SO4、SO5、SO6、SO7、SO8、OTP1、OTP2、OTP3、OTP4、OTP5、OTP6、OTP7、OTP8。

优选地，所述多通道模拟选通开关电路包括四个CD4051电路，每一个CD4051电路包括D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、A、B、C、OUT、VCC、GND端，第一个CD4051电路的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7端依次对应待测传感器阵列中VBP1、VBP2、VBP3、VBP4、VBP5、VBP6、VBP7、VBP8输出端口，每一个CD4051电路的VCC端口均外接+5V直流稳压源，每一个CD4051电路的GND端口均外接公共地，每一个CD4051电路均包括A、B、C三个端口，A、B、C三个端口依次外接到单刀双掷开关K1、K2、K3单刀端。

优选地，第一个CD4051电路的OUT端引出为输出端口，标号为vbp，第二个CD4051电路的OUT端引出为输出端口，标号为otp，第三个CD4051电路的OUT端引出为输出端口，标号为so，第四个CD4051电路的OUT端引出为输出端口，标号为vbn，开关K1、K2、K3的双掷端其中一端接+5V电源端，另外一端接GND地端，所有+5V正电源端与GND端分别外接至同一+5V直流稳压源的正负输出端。

优选地，所述传感器调理电路板包括MEMS压力传感器、ASIC调理芯片JHM1101、电容C1、C2、C3、C4，MEMS压力传感器等效为电阻R1、R2、R3、R4组成的惠斯顿电桥电路，其中电阻R1的一端与电阻R4相邻的一端进行连接并引出连接至ASIC调理芯片JHM1101的VBN端，为传感器的负输出端；电阻R1的另一端与电阻R2相邻的一端相连并引出接至+5V电源端，为传感器的正输入端；电阻R2的另一端与电阻R3相邻的一端相连并引出接至ASIC调理芯片JHM1101的VBP端，为传感器的正输出端；电阻R4的另一端与电阻R3相邻的一端相连并引出接至GND端，为传感器的负输入端。

优选地，所述ASIC调理芯片JHM1101的第1端与GND端相连，第2端无连接，第3端连接至传感器调理电路板上MEMS压力传感器电阻R2、电阻R3互联端，第4端无连接，第5端连接至传感器调理电路板上MEMS压力传感器电阻R1、电阻R4互联端，第6端无连接，第7端接至+5V电源端，第8端引出作为通信输出端口SO端，第9端引出作为OTP烧写控制端口OTP端，第10端接至GND电源地端；电容C1与电容C2并联，其中电容C1与电容C2的一端均接至JHM110的第7端，另一端接至GND端，电容C3、电容C4分别接至ASIC调理芯片JHM1101的第5端和第3端，电容C3、电容C4的另一端与GND端连接，所有+5V正电源端与GND端分别外接至同一+5V直流电源的正负输出端，ASIC调理芯片JHM1101的第3、第5、第8、第9端引出，分别对应为VBP、VBN、SO、OTP端。

优选地，所述多通道模拟选通开关电路包括四个输出端vep、otp、so、vbn，多通道模拟选通开关电路的输出端vbn、vbp、so、otp连接至后续的传感器校准电路通讯板输入，传感器校准电路通讯板与后续上位机之间进行通信和电源连通。

本实用新型技术方案的优点主要体现在：该电路从实际角度出发解决了压力传感器单个校准花费时间较长的问题，一次可校准多个传感器，避免了每次校准都要开关恒温箱，插拔传感器连接线，重新设定并等待温箱温度稳定时间不同等人为因素造成的传感器校准后一致性较差的问题，简化了校准步骤。该压力传感批量校准电路能够满足研发人员实现压力传感器常温批量校准、批量温度补偿等科研要求。

附图说明

图1为本实用新型的一种压力传感器批量校准电路的结构示意图。

图2为本实用新型传感器批量校准电路中单个传感器校准电路结构连接示意图。

图3为本实用新型传感器批量校准电路中多通道模拟选通开关电路与待测传感传感器阵列连接示意图。

具体实施方式

本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

本实用新型揭示了一种压力传感器批量校准电路，如图1、图2和图3所示，一种压力传感器批量校准电路，包括待校准传感器阵列、传感器调理电路板、多通道模拟选通开关电路和传感器校准电路通讯板，所述待校准传感器阵列、传感器调理电路板、多通道模拟选通开关电路和传感器校准电路通讯板相互之间电性连接。

如图3所示，所述待校准传感器阵列包括n个传感器调理电路板，将处于待校准传感器阵列中每个传感器调理电路板输出端口VBN、VBP、SO、OTP依次重命名为VBPn、VBNn、SOn、OTPn，n与该传感器调理电路板所属序号相同，n取1~8八个数字。

在本技术方案中，所述待校准传感器阵列上包括八个传感器调理电路板，每个传感器调理电路板均包括MEMS压力传感器电路和调理芯片电路，MEMS压力传感器电路为扩散硅压阻式压力传感器芯片。每个传感器调理电路板均包括四个输出端口，总共为三十二个输出端口，为VBN1、VBN2、VBN3、VBN4、VBN5、VBN6、VBN7、VBN8、VBP1、VBP2、VBP3、VBP4、VBP5、VBP6、VBP7、VBP8、SO1、SO2、SO3、SO4、SO5、SO6、SO7、SO8、OTP1、OTP2、OTP3、OTP4、OTP5、OTP6、OTP7、OTP8。

如图3所示，所述多通道模拟选通开关电路包括四个CD4051电路，每一个CD4051电路包括D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、A、B、C、OUT、VCC、GND端，第一个CD4051电路的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7端依次对应待测传感器阵列中VBP1、VBP2、VBP3、VBP4、VBP5、VBP6、VBP7、VBP8输出端口。第二个CD4051电路的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7端依次对应待测传感器阵列中OTP1、OTP2、OTP3、OTP4、OTP5、OTP6、OTP7、OTP8输出端口。第三个CD4051电路的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7端依次对应待测传感器阵列中SO1、SO2、SO3、SO4、SO5、SO6、SO7、SO8、输出端口。第四个CD4051电路的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7端依次对应待测传感器阵列中VBN1、VBN2、VBN3、VBN4、VBN5、VBN6、VBN7、VBN8输出端口。每一个CD4051电路的VCC端口均外接+5V直流稳压源，每一个CD4051电路的GND端口均外接公共地，每一个CD4051电路均包括A、B、C三个端口，A、B、C三个端口依次外接到单刀双掷开关K1、K2、K3单刀端。

第一个CD4051电路的OUT端引出为输出端口，标号为vbp，第二个CD4051电路的OUT端引出为输出端口，标号为otp，第三个CD4051电路的OUT端引出为输出端口，标号为so，第四个CD4051电路的OUT端引出为输出端口，标号为vbn，开关K1、K2、K3的双掷端其中一端接+5V电源端，另外一端接GND地端，所有+5V正电源端与GND端分别外接至同一+5V直流稳压源的正负输出端。

所述传感器调理电路板包括MEMS压力传感器、ASIC调理芯片JHM1101、电容C1、C2、C3、C4。ASIC调理芯片为压力传感器调理专用集成电路芯片。MEMS压力传感器等效为电阻R1、R2、R3、R4组成的惠斯顿电桥电路，其中电阻R1的一端与电阻R4相邻的一端进行连接并引出连接至ASIC调理芯片JHM1101的VBN端，为传感器的负输出端；电阻R1的另一端与电阻R2相邻的一端相连并引出接至+5V电源端，为传感器的正输入端；电阻R2的另一端与电阻R3相邻的一端相连并引出接至ASIC调理芯片JHM1101的VBP端，为传感器的正输出端；电阻R4的另一端与电阻R3相邻的一端相连并引出接至GND端，为传感器的负输入端。

所述ASIC调理芯片JHM1101的第1端与GND端相连，第2端无连接，第3端连接至传感器调理电路板上MEMS压力传感器电阻R2、电阻R3互联端，第4端无连接，第5端连接至传感器调理电路板上MEMS压力传感器电阻R1、电阻R4互联端，第6端无连接，第7端接至+5V电源端，第8端引出作为通信输出端口SO端，第9端引出作为OTP烧写控制端口OTP端，第10端接至GND电源地端；电容C1与电容C2并联，其中电容C1与电容C2的一端均接至JHM110的第7端，另一端接至GND端，电容C3、电容C4分别接至ASIC调理芯片JHM1101的第5端和第3端，电容C3、电容C4的另一端与GND端连接，所有+5V正电源端与GND端分别外接至同一+5V直流电源的正负输出端，ASIC调理芯片JHM1101的第3、第5、第8、第9端引出，分别对应为VBP、VBN、SO、OTP端。

所述多通道模拟选通开关电路包括四个输出端vep、otp、so、vbn，多通道模拟选通开关电路的输出端vbn、vbp、so、otp连接至后续的传感器校准电路通讯板输入，传感器校准电路通讯板与后续上位机之间进行通信和电源连通。

将MEMS压力传感器的输出与调理芯片JHM1101的VBN及VBP端连接，并将JHM1101芯片的VBP、VBN、SO、VPP端引出，连接至后续8选1多通道模拟开关电路，并将具有相同标号的电源端+5V和地端GND连接至对应的电源与地，后续电路也如此操作，在此不再赘述。

将VBP、VBN、SO、VPP端引出的单个压力传感器和调理芯片电路构成一个待校准传感器调理电路板单元，构成8个单元的一个阵列，将每个单元的VBP、VBN、SO、VPP端引出，一共引出了四组，共32根线，相同标号的为一组，一组8根线。每一组对应连接到一个CD4051芯片的D0~D7端，剩余每组的引出端按同样顺序排列对应到剩下的三个CD4051芯片的D0~D7端。再将每组CD4051芯片的输出端引出分别对应该组所连标号网络，分别引出vbn、vbp、so、vpp四根导线至后续处理电路，然后将信号传输到电脑端进行通讯校准、下载寄存器等操作。

四组CD4051芯片的控制端，相同标号的控制端连接到一起，用一个连接电源端与地端的单刀双掷开关连接，即可实现用一个开关对四组CD4051同一控制端实现高低电平控制。三个开关K1、K2、K3实现了对8个传感器校准电路阵列的选通控制。

本技术方案实现了用三个开关对八个传感器进行批量校准，将每个传感器按照图3所示方式与调理芯片JHM1101连接好，并将VBP、VBN、SO、VPP端引出。取同一个编号的按照VBP、VBN、SO、VPP分为四组，每组8根，共计32根线。

将VBP、VBN、SO、VPP四组线按照一组对应一个CD4051芯片一一对应，并将同组内的8根线按照相同顺序对应连接至该组对应的CD4051芯片的D0~D7端。将四组线按同样顺序连接好后，再将四组CD4051芯片的控制端A、B、C引出，按相同标号分为三组，每组四根线，共计12根。将这三组控制端线A、B、C进行同组内互联，并引出共计三根线。这三根按照标号A、B、C一一对应上三个单刀双掷开关电路K1、K2、K3上。

即可实现用开关K1、K2、K3对8个传感器进行定向选择并将输出传递给后续单片机处理，进而完成传感器校准操作。

选通关系如下图所示：

K1	K2	K3	一	二	三	四	五	六	七	八
											0	0	0	通
0	0	1		通
											0	1	0		通
0	1	1				通
											1	0	0			通
1	0	1						通
											1	1	0				通
1	1	1								通

即在原有单个传感器校准电路的基础上，通过增加多通道模拟开关电路之后，实现传感器批量校准功能。该电路从实际角度出发解决了压力传感器单个校准花费时间较长的问题，一次可校准多个传感器，避免了每次校准都要开关恒温箱，插拔传感器连接线，重新设定并等待温箱温度稳定时间不同等人为因素造成的传感器校准后一致性较差的问题，简化了校准步骤。该压力传感批量校准电路能够满足研发人员实现压力传感器常温批量校准、批量温度补偿等科研要求。

本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种压力传感器批量校准电路，其特征在于：包括待校准传感器阵列、传感器调理电路板、多通道模拟选通开关电路和传感器校准电路通讯板，所述待校准传感器阵列、传感器调理电路板、多通道模拟选通开关电路和传感器校准电路通讯板相互之间电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种压力传感器批量校准电路，其特征在于：所述待校准传感器阵列包括n个传感器调理电路板，将处于待校准传感器阵列中每个传感器调理电路板输出端口VBN、VBP、SO、OTP依次重命名为VBPn、VBNn、SOn、OTPn，n与该传感器调理电路板所属序号相同，n取1~8八个数字。

3.根据权利要求2所述的一种压力传感器批量校准电路，其特征在于：所述待校准传感器阵列上包括八个传感器调理电路板，每个传感器调理电路板均包括MEMS压力传感器电路和调理芯片电路，每个传感器调理电路板均包括四个输出端口，总共为三十二个输出端口，为VBN1、VBN2、VBN3、VBN4、VBN5、VBN6、VBN7、VBN8、VBP1、VBP2、VBP3、VBP4、VBP5、VBP6、VBP7、VBP8、SO1、SO2、SO3、SO4、SO5、SO6、SO7、SO8、OTP1、OTP2、OTP3、OTP4、OTP5、OTP6、OTP7、OTP8。

4.根据权利要求3所述的一种压力传感器批量校准电路，其特征在于：所述多通道模拟选通开关电路包括四个CD4051电路，每一个CD4051电路均包括D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、A、B、C、OUT、VCC、GND端，第一个CD4051电路的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7端依次对应待测传感器阵列中VBP1、VBP2、VBP3、VBP4、VBP5、VBP6、VBP7、VBP8输出端口，每一个CD4051电路的VCC端口均外接+5V直流稳压源，每一个CD4051电路的GND端口均外接公共地，每一个CD4051电路均包括A、B、C三个端口，A、B、C三个端口依次外接到单刀双掷开关K1、K2、K3单刀端。

5.根据权利要求4所述的一种压力传感器批量校准电路，其特征在于：第一个CD4051电路的OUT端引出为输出端口，标号为vbp，第二个CD4051电路的OUT端引出为输出端口，标号为otp，第三个CD4051电路的OUT端引出为输出端口，标号为so，第四个CD4051电路的OUT端引出为输出端口，标号为vbn，开关K1、K2、K3的双掷端其中一端接+5V电源端，另外一端接GND地端，所有+5V正电源端与GND端分别外接至同一+5V直流稳压源的正负输出端。

6.根据权利要求1所述的一种压力传感器批量校准电路，其特征在于：所述传感器调理电路板包括MEMS压力传感器、ASIC调理芯片JHM1101、电容C1、C2、C3、C4，MEMS压力传感器等效为电阻R1、R2、R3、R4组成的惠斯顿电桥电路，其中电阻R1的一端与电阻R4相邻的一端进行连接并引出连接至ASIC调理芯片JHM1101的VBN端，为传感器的负输出端；电阻R1的另一端与电阻R2相邻的一端相连并引出接至+5V电源端，为传感器的正输入端；电阻R2的另一端与电阻R3相邻的一端相连并引出接至ASIC调理芯片JHM1101的VBP端，为传感器的正输出端；电阻R4的另一端与电阻R3相邻的一端相连并引出接至GND端，为传感器的负输入端。

7.根据权利要求6所述的一种压力传感器批量校准电路，其特征在于：所述ASIC调理芯片JHM1101的第1端与GND端相连，第2端无连接，第3端连接至传感器调理电路板上MEMS压力传感器电阻R2、电阻R3互联端，第4端无连接，第5端连接至传感器调理电路板上MEMS压力传感器电阻R1、电阻R4互联端，第6端无连接，第7端接至+5V电源端，第8端引出作为通信输出端口SO端，第9端引出作为OTP烧写控制端口OTP端，第10端接至GND电源地端；电容C1与电容C2并联，其中电容C1与电容C2的一端均接至JHM110的第7端，另一端接至GND端，电容C3、电容C4分别接至ASIC调理芯片JHM1101的第5端和第3端，电容C3、电容C4的另一端与GND端连接，所有+5V正电源端与GND端分别外接至同一+5V直流电源的正负输出端，ASIC调理芯片JHM1101的第3、第5、第8、第9端引出，分别对应为VBP、VBN、SO、OTP端。

8.根据权利要求1所述的一种压力传感器批量校准电路，其特征在于：所述多通道模拟选通开关电路包括四个输出端vep、otp、so、vbn，多通道模拟选通开关电路的输出端vbn、vbp、so、otp连接至后续的传感器校准电路通讯板输入，传感器校准电路通讯板与后续上位机之间进行通信和电源连通。