|
- UID
- 1062072
|
汽车上的重要器官------压力传感器 上海皇华信息科技有限公司
压力传感器在汽车上的应用
传感器作为汽车电子控制系统的基本组成部分，扮演着相当重要的角色。皇华总工程师认为汽车传感器主要应用在三个方面：动力系统、底盘和车身。压力传感器在汽车中有着各种不同的应用，其压力检测范围非常宽。例如，在线检测方面，用于检测燃料泄漏的压力传感器，其满度压力才为10kPa; 柴油机共轨压力，则高达180MPa,其压力量程比值为18000:1.
压力传感器在汽车中的不同应用如下：
功能：引擎控制。应用部位：气缸压力、进气歧管温度压力、燃料注入、废气再循环。
功能：引擎诊断。应用部位：发动机机油压力。
功能：车身系统。应用部位：刹车系统、胎压检测系统、悬挂系统减震器。
压力传感器信号调理技术
传感器作为物理量与电信号指甲的接口，将物理量转化为电信号，以便后续电路对其进行处理。压力传感器输出信号为毫伏级，一般为几十毫伏。并且压阻型压力传感器采用硅作为基底材料，其本身的温度效应非常明显。所以，必须对压力传感器进行信号调理，来实现温度效应的消除，以及对信号进行放大，达到所需要的信号输出形式。由此可以看出，压力传感器的信号调理显得尤为重要。
最初的信号调理电路基本上由运算放大器组成，主要实现信号的放大。在温度补偿方面，由低温度系数的电阻来实现。如AMD公司的AM417芯片，AM417采用双极型工艺制成，电路结构简单，主要有两个模块：电流源与仪表放大器。
由于汽车行业的飞速发展对传感器的需求量越来越大。上海皇华设计工程师认为汽车对量的要求和成本的压力促使传感器向大批量、低成本方向发展。最初的基于运放的信号调理技术面临挑战，这就带来了具备数字化补偿的信号调理芯片。这种信号调理芯片可以实现传感器的批量校准，有效的降低了传感器校准、测试方面的成本。
全桥式压阻型压力传感器的信号调理芯片
随着汽车传感器市场的不断开拓，国外很多公司研制生产了专用于全桥式压阻型压力传感器的信号调理芯片。例如德国ZMD公司的ZSC31010、比利时Melexis公司的MLX90320、美国德州仪器公司的PGA309、美国Semtech公司的XE8801A等等。这些芯片的共同特点是：内部有集成温度传感器、ADC、DAC以及算术逻辑部件ALU。但是它们也存在区别，主要表现在信号通路上，下面就ZMD公司的ZSC31010和Melexsix公司的MLX90320这两款具有代表性的产品作一些比较说明。
ZMD ZSC31010芯片RBic方框图
ZSC31010信号调理芯片集成这样几个模块：温度传感器、电压调节器、存储器、数字运算单元、ADC和DAC等等。其压力传感器输出的信号经过前级放大器放大，使得信号适用于ADC进行处理。ADC将温度信号和压力信号转换为数字量，然后数字运算单元调用ROM里面的算法进行计算处理，消除了传感器的温度以及非线性方面的非理想效应。然后再经过DAC将数字量转变为模拟输出。
MLX90320信号调理芯片主要包含：温度传感器、ADC、算术逻辑单元、EEPROM、放大级、过压保护等等模块。ADC将温度信号转换为数字量然后根据一定的算法，由算术逻辑单元计算出零点温度补偿系数以及灵敏度温度补偿系数，压力信号不经过数模转换。
这两个芯片有以下共同点：
都应用到ADC和DAC；
都具有算术逻辑运算单元；
都具备温度的二次补偿功能；
都采用EEPROM存储调理参数。
也有以下不同点：
MLX90320具有过压保护功能，这在汽车电子中是必须的；
MLX90320只将温度信号转变为数字量，压力信号在整个信号通路上都为模拟量；
数字运算单元方面，MLX90320只计算与温度有关的参数，而ZSC31010将温度和压力信号同时计算，这样对数字运算单元的要求比较高；
ASC31010的信号输出形式更多，有模拟输出和数字输出方式。
ZMD ZSC31010芯片简要介绍：
RBic 是一种CMOS 集成电路，通过EEPROM 能很方便地实现对电阻性桥式传感器的校准。当与电阻性桥式传感器连接时能实现传感器的零偏、增益系数、温度非线性的数字化校准。对增益、零偏、传感器非线性可采用二阶温度补偿。在Windows 环境下RBic 通过ZACwire 串行接口与上位机相联，可以方便地实现大规模的校准操作。一旦校准完毕，31010 便可输出：0~~1V 绝对电压信号、比例电压信号、温度或传感器桥的数字化信号。
λ 提供开发套件；
λ 支持大规模校准操作；
λ 若量大，可以芯片定制。
RBic 系列电阻桥式传感器接口IC 可用于楼宇自动化、工业与办公自动化、大型家用电器。它的特点是价格低廉。RBic 采用了ZMD 的具有高分辨率的带隙（bandgap）电路并且具有PTAT（proportional-to-absolute-temperature）输出。此外，在芯片中还有低功耗14 位AD 电路、DSP 内核，还可利用EEPROM 编程实现对传感器的精确校准。
该系列芯片具有三种输出形式----两个模拟输出和一个数字输出，这可满足许多应用场合的需要。RBic 系列的比例模拟输出电压信号Vout 可以满足大多数楼宇自动化与汽车工业的需要。
办公自动化与大型家电的典型应用场合需要0~1Vout 的输出电压信号。在RBic 系列电路中即为内部带隙电路输出。
通过ZMD 的ZACwire 一线数字串行接口很容易将芯片与微控制相连。
当使用外部绝缘栅型场效应三极管（JFET）时该系列芯片可工作在高电源电压(5.5-30V)。
ZMD ZSC31010基本性能指标：
λ 能对传感器的偏移、灵敏度、温漂和非线性进行数字补偿；
λ 适用于输入信号范围在1.2~~60mV/V 的差分传感器；
λ 采用ZACwire 一线制接口；
λ 采用带隙PTAT(bandgap PTAT)进行温度补偿和测量；
λ 通过ZACwire 一线制接口可以有选择地实现温度和被测桥电路的输出。
λ 输出方式可选用：比例电压（rail—to—rail analog output）输出，绝对
（absolute）电压输出，数字一线制接口输出；
λ 供电电源电压：+2.7V~+5.5V；若采用外部场效应三极管则供电电源电压
+5.5V~+30V
λ 耗电电流与选用的采样速率有关：0.25~~1mA。
λ 工作温度范围宽：-50℃~+150℃；
λ 响应时间短：典型值为1mS。
λ 采用Chopper-stabilized 全差分AD；
λ 采用带缓冲输出的Chopper-stabilized 型 DA 输出；
ZSC31010 RBic典型应用电路
总工程师李灿总结了ZSC31010主要的优点：
λ 不需要外部补偿元件；
λ PC 通过一线制数字接口实现芯片的配置和校准----简单、成本低；
λ 高精度（-25℃~+85℃时的误差在±0.1%、-40℃~+125℃时的误差在±0.25%）
λ 单通道校准（Single pass calibration）----迅速、准确。
λ 适用于电池供电的应用场合；
λ 封装小：SOP8；
德国ZMDI公司介绍
德国 ZMDI 公司创立于1961年，Zentrum Mikroelektronik Dresden AG (ZMDI)是一家为汽车、工业、医疗、移动传感、信息技术和消费应用提供模拟和混合信号半导体解决方案的全球供应商。这些解决方案促使客户创造出电力管理、照明和传感器领域里的最高效节能产品。
ZMDI主要产品有：
1，传感器信号调理IC。该系列芯片有多种接口方式：一线接口（OWI）、I2C接口以及SPI 接口；多种输出方式：可以根据客户的需求，能够提供电压输出（0-5V,0-10V）、电流输出（4-20mA）、PWM输出、Alarm输出以及数字（OWI、I2C、SPI）输出；宽电压工作（3.0-5.5V）；宽温度范围从-40到150°C，部分产品甚至能够到-50到150°C，而且大部分产品都是经过汽车级的AECQ-100认证的，能够广泛使用于测量仪器及实验设备，工业控制及设备检测 能源及动力设备，汽车设备、配件及制造行业、航空、航海领域。该调理芯片是全数字工作模式，批量校准非常方便，比较适合大批量的生产，能够降低生产成本，节约生产时间，提供生产效率。
2，ASI 接口的总线电路，该总线电路能够简化设备的安装工艺，节省设备空间，降低设备成本；
ZMDI的传感器调整芯片主要有以下
ZSC31010 ZSC31014 · ZSC31015· ZSSC3017 ZSC31050 ZSC31150 ZSC31210 · ZSSC3053 ZSSC3008
ZSSC3122 · ZSSC3123
更多芯片详情请参考 上海皇华信息商城http://www.ameya360.com |
|
